predavanje o2

Vsebina

Kako s pretvarjanjem energij vplivamo na okoljske sfere (atmosfera, hidrosfera),

Procesi v okoljskih sferah, ki so (predvsem) posledica emisij pri pretvarjanju in rabi energije:

spreminjanje toplogrednega učinka ozračjka, “ozonska luknja”, zimski in poletni smog, radioaktivni odpadki in ravnanje z njimi,toplotno onesnaževanje in učinek na reareacijo vodotokov

Prof.dr. Sašo Medved, [email protected], DS N5

Vplivi na okolje pri pretvarjanju in oskrbi z energijo

Energija in okolje

mailto:[email protected]

Ponovimo:

spodnji sloj ali troposfera sega 10 do 12 km visoko

temperatura se znižuje 5 do 7 K na km višinetokovne razmere so turbulentne z močnimi tokovi, zato se onesnažila prenesejo na veliko področje“vreme se dogaja “ v troposferi

sloj suhega zraka nad troposfero imenujemo stratosferatemperatura v stratosferi narašča zato je sloj tudi zelo stabilen zato je zadrževanje onesnažil dolgotrajno

2 Toplogredni učinek ozračja

Energija, ki se prenaša z elektromagnetnim valovanjem

2

1,T 2C

5 T

C Wq

m me 1

c

E h h J

Sevalni tok, ki ga oddaja toplotno sevalo

3 Toplotna sevala

Celotni sevalni tok, ki ga odda 1m2 veliko toplotno sevalo

4

2

Wq T

m

4 Toplotna sevala

R

G=1372 W / m

površina R2

površina 4 R2

Zemlja kot optièno

èrno telo

R

5 Energijska bilanca Zemlje

Kratkovalovno sončno sevanje (0,3 – 3 m)

Odbito kratkovalovno sončno sevanje, proporcionalno odbojnosti ali albedu (0,3 – 3 m)

Temperatura vesolja ~

1,5 K

Dolgovalovno sevanje Zemlje v Vesolje (3 –100+ m proporc. T4

PlanetSolarna

konstanta(W/m

2), III.2.1.

Albedo

(1)

Ekvivalentnatemperatura

(K)

Resničnatemperatura

(K)Zemlja 1372 0.3 255 288Mars 589 0.15 217 220

Venera 2613 0.75 232 700


Gostota odbitega (kratkovalovnega) sončnega sevanja

Gostota oddanega (dolgovalovnega) toplotno sevanje Zemlje

CO , H O, CH , N O, CFC, O2 2 4 2 3

Zemlja

Atmosfera

Vesolje

atmosfera na Marsu je izredno redka (tlak 30 Pa)atmosfera na Veneri je 100 gostejša kot na Zemlji, predvsem CO2

8 Toplogredni učinek ozračja – toplogredni plini

PlanetSolarna

konstanta(W/m

2), III.2.1.

Albedo

(1)

Ekvivalentnatemperatura

(K)

Resničnatemperatura

(K)Zemlja 1372 0.3 255 288Mars 589 0.15 217 220

Venera 2613 0.75 232 700

9 Okoljski problem A : Spremembe toplogrednega učinka ozračja

Vzroki za povišanje temperature ob površju v zadnjih 100 letih niso samo

naravni, npr. spreminjanje aktivnosti Sonca, izbruhi vulkanov, temveč predvsem

emisije škodljivih snovi, ki so posledica aktivnosti ljudi.

Pretvarjanje fosilnih goriv v toploto in

električno energijo ter intenzivno kmetijstvo

po začetku industrijske revolucije sredini

devetnajstega stoletja je povzročilo

eksponentno naraščanje vsebnosti glavnih

toplogrednih plinov v troposferi.

9 Okoljski problem A : Spremembe toplogrednega učinka ozračja

11 Možne posledice spreminjanja toplogrednega učinka ozračja

Med najbolj izpostavljenimi možnimi posledicami so:

Zaustavitev atlantskega oceanskega toka zaradi vdora hladne (težje, površinske) sladke vode iz raztopljenega ledu na Arktiki. Posledica –zamrznitev EU do 40°vzporednika.

Naraščanje višine morij predvsem kot posledica toplotnega raztezanja vode v oceanih

Zmanjševanje albeda in večja absorbcija sončnega obsevanja (1979 levo, 2003 desno)

Spremenjena količina padavin (modro več, rdeče manj), predvsem pa več vremenskih ekstremov !

pasatni vetrovi in morski tok potiska vodo proti zahodu - Aziji

hladna voda Humboldovega toka se dviga na površje –bogata je s hranili za prehrano rib in ptic

pasatni vetrovi se obrnejo, toplo vodo žene od vzhoda proti Južni Ameriki –nalivi , v Avstraliji suša

topla voda preprečuje dviganje hladne – zaradi pomanjkanja hranil se živali izginejo

El Ninjo (deček), povezava s časom nastanka (okoli Božiča), posledica delovanja oceanov in ozračja

12 Okoljski problem A : imamo dokaze o globalnih podnebnih spremembah ?

Temperatura ozračja se v Sloveniji viša hitreje od svetovnega povprečja


Triglavski ledenik se postopoma krči


Kmetijska proizvodnja se bo morala prilagajati podaljšanju rastne dobe; število okužb z lymsko boreliozo se povečuje

16 Okoljski problem A: izpusti toplogrednih plinov in CO2 ekvivalent

Ogljikov dioksid ni edini toplogredni plin (TGP). Po mednarodnem dogovoru navajamo emisije naslednjim plinov ali skupin plinov:

ogljikov dioksid CO2metan CH4di-dušikov oksid N2OF-plini: delno fluorirani ogljikovodiki HFC

popolno fluorirani ogljikovodiki PFCžveplov heksafluorid SF6

Vsak od naštetih plinov ima lasten toplogredni potencial (angl. GWP - global warming potential). Določen je relativno glede na učinek CO2 na razliko med prejetim kratkovalovnim sončnim sevanjem in dolgovalovnim sevanjem Zemlje v določenem časovnem obdobju. Zato mora biti za GWP navedeno tudi časovno obdobje.

t

COCO

t

gg

dttxa

dttxa

tGWP

0

0

)(

)(

)(

22

xg razgradnja plina v ozračju [kg/s]

ag koeficient zadrževanja dolgovalovnega sevanja [W/m2kg]

indeks g vrednosti za računani plin

indeks CO2…referenčna vrednost

Eq CO2: ekvivalent toplogrednih plinov je seštevek z GWP uteženih emisij posameznega TGP. Je osnovni kazalnik s katerim ocenjujemo prispevek posamezne države z globalnemu segrevanju ozračja.

GWP Plin

»življenjska

doba« (leta)

20 let 100 let 500 let

metan 12 62 23 7

didušikov oksid 114 275 296 156 HFC-134a (perfluorirani ogljikovodiki) 13,8 3300 1300 400

HFC-23 (perfluorirani ogljikovodiki) 260 9400 12000 10000 žveplov heksafluorid 3200 15100 22200 32400 ogljikov dioksid 1 1 1

17 Okoljski problem A: izpusti toplogrednih plinov in CO2 ekvivalent

1988 – ustanovljen Medvladni forum o spreminjanju podnebja(Intergovenmental Panel on Climate Change – IPCC)

Formalni začetek delovanja za preprečitev oz. zmanjšanje podnebnih sprememb – svetovni vrh v Rio de Janeiru 1992 okoljska konvencija

COP1 1995 Berlin – prva Konferenca pogodbenic Okvirne konvencije ZN o spremembi podnebja (Conference of the Partners) v dveh letih naj bi pripravili protokol o obvezi industrijskih držav o zmanjšanju svojih emisij toplogrednih plinov;

COP3 1997 Kyoto – Kyotski protokoltabela s številkami z % za posamezne industrijske države do obdobja 2008 –2012; za Slovenijo (-8% glede na izhodiščno leto 1986, Al Gore napove, da bodo ZDA zmanjšale emisije za 7%;

COP6 2000 Haag – sprejeli naj bi pravila za izvajanje Kyotskega protokola, toda,....nadaljevanje zasedanja 2001 v Bonnu med tem G. Bush pove, da se ZDA umikajo iz Kyotskega sporazuma (ZDA 25% emisij toplogrednih plinov);

18 Okoljski problem A: mednarodni dogovori – ciljno leto 2012

COP7 2001 Marakeš – doseženo soglasje o pravilih za izvajanje Kyotskega protokola; najvažnejši sklopi: mehanizmi za izvajanje Kyotskega sporazuma – med drugim trgovanje z emisijami

uporaba zemljišč in gozdarstvo – del obveznosti lahko države izpolnijo z ponori CO2 v gozdovih

S podpisom 50 države, ki se uvršča med največje onesnaževalce s toplogrednimi plini (Rusije) postane obvezen, sprejme ga tudi Slovenija.


En

erg

ets

ko

-po

dn

eb

ni

pak

et

1

2007: Zaveza k prehodu EU v visoko energijsko učinkovito in nizkoogljično gospodarstvo. Sprejeti zahtevni podnebni in energetski cilji do leta 2020:

zmanjšanje emisij toplogrednih plinov za vsaj 20 % glede na leto 1990 (za 30% če tudi druge države prevzamejo ta cilj);

20% OVE v končni rabi energije (25% SLO, sedaj 16%);

zmanjšanje rabe primarne energije za 20% z ukrepi energijske učinkovitosti (URE);

10 % zamenjava fosilnih goriv za motorna vozila z biogorivi

1997: Bela knjiga: “Energy for the Future”

2001: Direktiva o zeleni elektriki: “Green Electricity Directive”


Po

dn

eb

ne

in

en

erg

ets

ke p

oli

tike

2010: Dopolnitev Direktive o energijski učinkovitosti stavb EPBD):

po letu 2018 bodo vse nove ali obnovljene (večje) javne stavbe morale biti “skoraj nič energijske: oskrba energijsko varčnih stavb z energijo za ogrevanje, hlajenje, prezračevanje, TSV in osvetlitev pretežno s pretvarjanjem obnovljivih virov energije na stavbi sami ali v bližini stavbe (daljinski sistemi).


Po

dn

eb

ne

in

en

erg

ets

ke p

oli

tike

2014: Drugi energetsko-podnebni sveženj s cilji do leta 2030

izpuste toplogrednih plinov naj bi zmanjšali za 40%

delež OVE povečali na 27%

22 Okoljski problem A: mednarodni dogovori – ciljno leto 2030E

nerg

ets

ko

-po

dn

eb

ni

pak

et

1

2011 SLO: Kažipot za prehod v nizkoogljično gospodarstvo do leta 2050

stroškovno učinkovite poti za zmanjšanje emisij toplogrednih plinov za 80 do 95% do leta 2050.


Za zmanjšanje posledic globalnega segrevanja ozračja zaradi izpustov toplogrednih plinov na še sprejemljivo raven (2K), bi morale vsebnosti CO2

v ozračju ostati pod vrednostjo 450 ppm.

IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change

Emisije ton CO2 na prebivalca na leto, leto 2004

0

5

10

15

20

25

Svet Slovenija OECD ZDA Nemčija Kitajska Afrika

2 t/prebivalca/leto

Za zmanjšanje posledic globalnega segrevanja ozračja zaradi izpustov toplogrednih plinov na še sprejemljivo raven (2K), bi

morale vsebnosti CO2 v ozračju ostati pod vrednostjo 450 ppm.

IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change

Potrebna primarna energija po scenariju 2K (MWh × 109)

0

50

100

150

200

250

2003 2010 2020 2030 2040 2050

URE

Energija morja

Geotermalna energije

Sončna energija

Biomasa

Energija vetra

Hidroenergija

Zemeljski plin

Nafta

Premog

Jedrska energija

Elsevier, Energy Policy, 2007


COP21, Pariz, 2015:

• 190 sodelujočih držav• države so izrazile odločenost za omejitev povišanja globalne

temperature ozračja na največ 2 °C do leta 2100• sporazum tudi prvič določa, da bi moral biti naš cilj 1,5 ° C, zaradi

zaščite otoških držav, ki so zaradi naraščanja morske gladine najbolj ogrožene.


Stroški zniževanja toplogrednih plinov

McKinsley greenhouse gas abatement cost curve

26 Okoljski problem A: cenovno opravičljive tehnologije

c

27 Okoljski problem B: razgradnja stratosferskega ozona

Zemlja sprejema sončno sevanje (kratkovalovno)

Zemlja oddaja (dolgovalovno sevanje)

se absorbira

preide

valovne dolžine (m)

nevarno UV sevanje

potrebno pri fotosintezi

Ponovimo:

V atmosferi se zadrži skoraj vse kratkovalovno UV sevanje. Zakaj ?

Sp

ektr

aln

o s

evan

je (

W/m

m

)2

Rela

tivn

a b

iološk

a

ob

èu

tlji

vo

st D

NA

valovna dolžina sonènega sevanja ( m)

0.360.30 0.400.28 0.380.340.32

N a robu atmosfere

N a zemeljskem površju

UV-B UV-AUV-C

10-6 10-6

10-4 10-4

10-2 10-2

10-0 10-0Kako so naše celice občutljive na različna UV sevanja ?

Katero od UV sevanje prihaja do površja ?

Zakaj naše celice niso odporne na UV-C sevanje ?

Ozon je fotokemijski oksidant, ki nastaja v stratosferi ko sončno sevanje z zadosti veliko energijo (UV-C)razgradi molekulo kisika

Molekule ozona delno absorbirajo nevarno UV-B sevanje !

Posledica je oblikovanje sloja ozona in segrevanje stratosfere. Nastane toplotna inverzija, zato je stratosfera tako stabilna.Ozonski plašč sta odkrila leta 1913

Francosta fizika Fabry in Buisson.Relativna vsebnost ozona

Viš

ina

(k

m)


Sončno sevanje osvobodi iz halonov (C,F,Cl)klorov atom, ki poškoduje 10000 molekul ozona,preden se vrne v troposfero!

Zaradi meteoroloških razmer je spreminjanje vsebnosti ozona še posebej razvidno nad Antarktiko

Vsebnost ozona v stratosferi merimo z Dobsonovimi enotami (DU). Navaja debelino sloja zgoščenih molekul ozona. Ena DU predstavlja 0.1 mm debel sloj zgoščenih molekul ozona. Običajne vrednosti DU znašajo med 300 in 400; zgoščena plast molekul ozona iz 40 kilometrov debele stratosfere le 3 cm.


31 Možne posledice tanjšanje sloja ozona v stratosferi

biološko aktivno UV sevanje naj bi se povečevalo za 5% na dekado v zmernih zemljepisnih širinah, 10% v polarnem pasu; pri 10% povečanju naj bi se število rakastih obolenj povečalo za 26%;

1% zmanjšanje molekul O3 naj bi povzročilo slepoto 100.000 do 150.000 ljudi;

fitoplankton v oceanih proizvede toliko biomase, kot rastline, večja količina UV_B sevanja je v področju Antarktike povzročila 6-12% manjšo proizvodnjo fitoplanktona ; 6 do 9% zmanjšanje števila rib;

razbarvanje, zmanjšanje mehanske odpornosti snovi.

Jakost UV sevanja navajamo z UV indeksom.

Ta je določen z meritvami jakosti pri l 290, 350 in 400 nm, upoštevana je nadmorska višina kraja (vsak km se vrednost poveča za 6%) in oblačnost (popolnoma oblačno nebo prepušča le 31% UV sevanja.

http://www.fmi.fi/weather/warning_4.html

potrebujemo zaščito !

c

Leta 1987 se je 73 držav (do danes 191) z Montrealskim sporazumom zavezalo, da bodo do leta 1995 za 50% zmanjšale proizvodnjo in uporabo snovi, ki povzročajo razgradnjo stratosferskega ozona (ODC ozone depletion chemicals). Gre predvsem za klorfluorogljikovodike CFC

(komercialno ime Freoni DuPont),

snovi, ki vsebujejo halogene elemente

fluor, klor, brom. Skupni učinek

vrednotimo z ekvivalentom razgradnje

stratosferskega ozona (ODP – ozon

depletion potencial).

Kasneje je bilo sprejetih več še strožjih dopolnil – Londonski (1990), Copenhagenski (1993). In do leta 2000 smo povsem opustili uporabo CFC. Problem ostaja razgradnja starih naprav.

Problematična elementa sta klor in brom, če

dodamo vodik HCFC razpadajo že v troposferi,

če odstranimo Cl, ne uničujejo ozon. Se pa

poveča toplogredni učinek GWP.

čas

zadrževanja (let)

ODP GWP

CFC-11 (CCl3F) 55 1 4000

CFC-13 (C2F3Cl3) 110 0,8 6000 CCl4 26 1,1 1800

C2H3Cl 5 0,11 140

HCFC-124 (C2HF4Cl) 5,8 0,02 500 HCF - 0 12500

31 Okoljski problem B: mednarodne obveznosti SLO

Montrealski sporazum se pogosto navaja kot dokument, ki je dokazal, da je mogoče na osnovi znanstvenih spoznanj in politične volje preobrniti negativne procese v okolju. Po letu 1997 je naravno obnavljanje ozona v stratosferi večje od razgradnje z antropogenimi vir.

32 Okoljski problem B: mednarodne obveznosti SLO

33 Okoljski problem C: zimski in poletni smog

Zimski smog

Žveplov dioksid skupaj z aerosoli in trdnimi delci v megli tvori zimski smog.

Najizraziteje so posledice zaznali v Londonu decembra leta 1952. Območje

Londona je bilo prekrito z meglo več dni, zaradi toplotne inverzije pa dimni plini,

ki so bili posledica zgorevanja fosilnih goriv v niso prehajali v višje plasti ozračja.

Skovanka besed smoke in fog izvira

iz tega obdobja.

Izpusti PM2,5 so se zvišali za 15% -> povečana uporaba biomase za ogrevanje v gospodinjstvih

Vir: Atlas okolja TZS


Zimski smog

Žveplov dioksid skupaj z aerosoli in trdnimi delci v megli tvori zimski smog.

Najizraziteje so posledice zaznali v Londonu decembra leta 1952. Območje

Londona je bilo prekrito z meglo več dni, zaradi toplotne inverzije pa dimni plini,

ki so bili posledica zgorevanja fosilnih goriv v niso prehajali v višje plasti ozračja.

Skovanka besed smoke in fog izvira

iz tega obdobja.

Izpusti PM10 so največji v mestih v katerih živi večina prebivalstva : kurilne naprave

Poletni ali fotokemični smog

Sončno sevanje sproži med onesnaževali v troposferi fotokemijske reakcije. Pri katerih nastanejo številni t.i. sekundarni onesnaževalci, ki jim pravimo fotokemični oksidanti.

Eden od najpomembnejših oksidantov je ozon (O3). Ozon je eden najpomembnejših tvorcev poletnega smoga. Imenujemo ga troposferski (prizemni) ozon in je zaradi škodljivega vpliva v okolju nezaželjen. Smog zaznamo kot meglico, ki lebdi nad mesti in zmanjšuje vidljivost.

Onesnaževala, ki sodelujejo pri nastajanju prizemnega ozona imenujemo

predhodniki ozona. Med predhodnike ozona prištevamo: dušikove okside

(NOx), ogljikov monoksid (CO), metan (CH4) in nemetanske hlapne

ogljikovodike (NMVOC).

Med seboj jih primerjamo z utežnimi faktorji, ki so določene na podlagi ocene

sposobnosti posamezne snovi, da se iz nje tvori prizemni ozon (»TOFP –

Tropospheric Ozone Forming Potential«). V Eu uporabljamo: NOx – 1,22;

NMVOC – 1,0; CO – 0,11; CH4 – 0,014.


2 2 3NO h NO O O O O

V prvi fazi nastajanja smoga (ozona) zaradi sončnega sevanja razpade molekula

dušikovega dioksida na dušikov oksid in atom kisika. Ta se z molekulo kisika veže

v ozon:

h predstavlja zmnožek Plankove konstante in frekvence sončnega sevanja =

sončno energijo

Proces poteka tudi v obratni smeri:

3 2 2NO O NO O

A

B


povzroča in pospešuje razvoj bolezni dihalnih organov, še posebej bronhitisa. Ugotovljeno je bilo, da v okoljih s fotokemičnim smogom naraste število alergij, vnetja sluznic.

škodljivo vpliva na rastline, saj povzročajo zakisljevanje padavin in zmanjšuje rast rastlin in pridelek kmetijskih rastlin (omejitve hitrosti na avtocestah, omejene imisije v dobi vegetacije)

škodljivo vpliva na gradbene snovi, saj razgrajuje gradbene materiale kot so plastične mase, guma, PVC,…


Ozon v poletnih mesecih presega za zdravje dovoljene vrednosti. Največ na Primorskem in v visokogorju

c

Zakisljevanje padavin je proces spreminjanja pH vrednosti padavin. Je naravni proces, ki ga povzroči prehajanje nekaterih plinov v vodne kapljice zaradi topnosti plinov v vodi. Med povzročitelje zakisljevanja uvrščamo SO2, dušikove

okside NOx in amoniak NH3. Pretvarjanje energijskih virov prispeva 70 % emisij

teh snovi.

Ponovimo:

En mol idealnega plina pri normnih pogojih (0oC, tlak 1,013 105 Pa) ima pro-

stornino 22,4 litra in maso, ki je enaka molski masi plina (npr. voda 18 g/mol).

Ko pridejo plini v zraku v stik z vodnimi kapljicami del plina preide v vodo,

pravimo da je v vodi topen. Količina plina v vodi je odvisna od snovnih lastnosti

in delnega tlaka plina v zraku. Snovne lastnosti popisuje Henrijeva konstanta.

Voda počasi razpada v vodikove ione (kationi, delci s pozitivnim električnim

nabojem, H+) in hidroksidne ione anione (OH-), vse dokler ni doseženo kemijsko

ravnotežje med ioni in molekulami vode:

H2O <----->H+ + OH-

38 Okoljski problem D: zakisovanje padavin

c

V čisti vodi je v ravnotežju vsebnost kationov [H+] in anionov [OH- ] enaka in enaka 10-7 mol/liter.

Število vodikovih ionov [H+] določa kislost vode. Merimo jo s pH vrednostjo, ki je negativni logaritem števila vodikovih ionov:

pH = -log [H+] = - log (10-7) = 7

Kisle kapljevine so tiste v katerih je [H+] večje od [OH-], torej bo njihov pH < 7. Bazične raztopine so tiste v katerih bo število anionov [OH-] večje kot kationov [H+], torej bo njihov pH > 7.

Zakaj je po dogovoru mejna pH vrednost kislih padavin 5,6 (in ne7) ?

Prehod nekaterih plinov iz ozračja v vodo sproži nastanek vodikovih ionov. Izmed teh plinov je v ozračju vedno vsaj CO2. Njegova povprečna količina v troposferi je sedaj okoli 350 ppm oziroma je molski delež CO2 v vodni kapljici 1,363 . 10-5

mol/liter (20°C) . Pri tem molskem deležu se kemijsko ravnotežje vzpostavi, ko je število vodikovih ionov 2,489.10-6 mol/liter oziroma je pH vrednost vodne kapljice:

pH = -log 2,489.10-6 = 5.60 !


Zakisljevanje okolja ni nujno povezano s padavinami, saj se onesnaževala lahko s trdnimi delci iz ozračja odložijo na rastlinah, tleh,..

Zakisljevanje padavin in vod v okolju vpliva na:vodne ekosisteme, nekatere vrste živali so zelo občutljive na pH vrednost vodotokov in ne preživijo če je pH nižji od 6;

rastline, še posebej visokogorske gozdove;

zdravje ljudi; kisle padavine povzročajo obolenja dihaj,

kisle padavine povzročajo razgradnjo

gradbenih snovi in veliko gospodarsko škodo

- apnenec CaCO3 reagira z žvepleno kislino

in se spremeni v mavec CaSO4, ki ga voda

izpere iz fasad, spomenikov,…

pH 6.5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0

postrvi ostriž žabe jastog polži

CaCO3 + H2SO4 -> CaSO4 + CO2 + H2O


Primer: Kislost padavin v okolici TE Šoštanj

najnižji pH 95' 96' 97' 98' 99'

Šoštanj 5,66 5,48 5,78 4,69 5,23 Topolščica 5,10 4,74 4,25 4,71 4,59

Zavodnje 4,58 4,50 4,29 4,36 4,61 Graška Gora 4,49 5,06 4,22 4,76 5,78

Velenje 5,64 4,88 4,54 5,14 5,12 Veliki vrh 4,09 4,05 4,38 4,02 4,45 Deponija pesje - - 4,86 4,96 6,04

Sprememba mase testnega vzorca v okoljih z različno

vsebnostjo SO2 v ozračju

Mesta stalnega monitoringa v bližini TE Šoštanj


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5b/Pollution_-_Damaged_by_acid_rain.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5b/Pollution_-_Damaged_by_acid_rain.jpg

Snovi, ki povzročajo nastanek vodikovih ionov v vodnih kapljicah in vodotokih so SO2, NOx, NH3. Ker je njihov učinek na enoto emisij različen ga ovrednotimo s kislinskim ekvivalentom (“Acid eqiuvalent”): SO2 – 1/32 acid eq na g emisij, NOx

1/46 acid eq/g; NH3 1/17 acid eq/g.

Delež vseh treh glavnih za kisovalcev padavin

~ 1/3 ; zmanjšanje SO2 zaradi čistilnih naprav v

TE, uporabe goriv z manjšo vsebnostjo S

(kurilno olje -> zemeljski plin; NH3 zaradi

manjšega števila živali, NOx zaradi

katalizatorjev v motornih vozilih, nekoliko se

povečujejo emisije NH3.


alfa delci, (sestavljata jih dva protona in dva nevtrona) imajo pozitivni električni naboj, zato jih privlačijo negativno naelektreni elektroni, ki jim adelci predajo energijo; ti se zato lahko ločijo od atoma; ta, za celice nevaren proces, imenujemo ionizacija. Naša koža je zadosten “naravni ščit”, toda če preidejo v telo z vdihavanjem so zelo nevarni.

nekateri naravno nestabilni atomi pri razpadu oddajo v elektron. Imenujemo ga beta delec; potujejo globlje, do nekaj cm v tkivo; zaustavimo jih v nekaj cm debeli Al plošči;

gama sevanje je elektromagnetno valovanje z veliko energijo; G sevanjenje zaustavi nekaj centimetrov debela svinčena plošča.

Pri razpadu atoma urana nastajajo a delci in gama sevanje. Vse vrste radioaktivnih delcev in G sevanje so nevarni, povzročajo somatske (poškodujejo celice) in genske spremembe (zmotijo biološke procese).

Jedrske reakcije, torej spremembe, ki se dogajajo v jedrih atomov, so lahko naravne ali umetne. Naravno razpadajo težki kemijski elementi, ki imajo v jedru več kot 83 protonov. Pri tem oddajajo radioaktivno sevanje, ki ga delimo na a,b in G sevanje. Pri umetnih reakcijah je število razpadov večje zaradi večje koncentracije teh elementov in povzročeno z zunanjimi delci (a).

43 Nastanek in ravnanje z radioaktivnimi odpadki

Curie (Ci) je veličina, ki navaja število razpadov jeder atomov v sekundi; izhodišče je število razpadov atomov 1g radija v sekundi = 3,7 1010 razpadov.Iz Ci izhaja tudi Becquerel (Bq), 1Cu = 3,7 1010 Bq.

povprečna koncentracija radona (oz. a delcev, ki ih oddaja pri razpadu) v naravnem okolju v SLO je 74 Bq/m3 (Taborska jama 6000 Bq/m3); v stavbah naj ne bi presegla 100 Bq/m3 , vendar so bile v slabo prezračevanih stavbah (Rn) izmerjene vrednosti 1000 – 2000 Bq/m3

Sievert (Sv) je fiziološka enota s katero ocenjujemo (poenotimo) seštevek učinka različnih oblik radioaktivnega sevanja na telo oz. organizme v življenjskem obdobju.

Radioaktivno sevanje in vplive na okolje merimo in ocenjujemo z različnimi fizikalnimi in fiziološkimi veličinami:

44 Vpliv radioaktivnega sevanja v okolju

Fiziološke veličine vključujejo tudi vpliv na živa bitja. Fiziološke enote so na primer dB(A) enota jakosti zvoka,

ki vključuje frekvenčno (A) občutljivost sluha, lx enota za osvetljenost, ki vključuje spektralno občutljivost

naših očes, ..

46 Vpliv radioaktivnega sevanja v okolju

ICPR (International Commission on Radiation Protection - Mednarodna komisija za radiološko zaščito) navaja, da obstaja pri ljudeh 7.3% verjetnost obolenja z rakom če telo sprejme kumulativno 1 Sv.

Priporočila o sprejemnljivih količinah absorbiranega radioaktivnega sevanja navajajo, da naj kumulativna vrednost ne bi bila več kot 70 mSv, z dovoljenim letnim maksimumom 5 mSv.

Tabela navaja radioaktivno sevanje v naravnem okolju v SLO (~ 720 Si/a)

1988 1989 1990 1991 1992 1993

skupna doza sevanja (Sv/a) 1080 1131 994 966 975 904

prispevek Črnobila (Sv/a) 360 280 220 190 190 180

Ob NEK se izvaja redni radiološki nadzor v področju, ki obsega 12 km pas. Ocenjene

obremenitve ljudi so enake 0,5% letne doze sevanja, ki jo prejmejo v naravnem

okolju.

Pogoj : zanesljivo obratovanje in skladiščenje radioaktivnih odpadkov.

srednje radioaktivni odpadki (SRO) nastanejo v opremi in se nabirajo v filtrih, …. Tudi te odpadke stisnemo in shranjujemo v kovinskih sodih.


nizko radioaktivni odpadki (NRO)nastanejo pri vzdrževalnih delih in v medicini; to so predvsem zaščitna oblačila, oprema in orodje, ki jih

uporabljajo v radiološko onesnaženih prostorih. Odpadke stisnemo v kovinske sode. V manjšem obsegu nastajajo tudi plinasti radioaktivni

odpadki, ki se prenesejo v atmosfero.

NRO in SRO nastane v JE Krško letno okoli 180 m3 . Kovinske sode

shranjujejo v začasnem odlagališču v elektrarni. S tehniko dodatnega

stiskanja (na Švedskem) so kapaciteto odlagališča povečali in

podaljšali dobo delovanja JE. Trajno bodo nizko in srednje RO

shranjeni v odlagališču, ki ga SLO mora zgraditi (verjetno v okviru JE

Krško).

Mednaro

dna o

bveza S

lovenije

je,

da u

redi

odla

gališ

če N

in S

radio

aktivnih

odpadkov.

visoko radioaktivni odpadki (VRO) so ostanki jedrskega goriva. Vsako leto

nastane v JE KRŠKO 24 ton ali okoli 7m3 visoko radioaktivnih odpadkov.

Ostajajo nevarni več tisočletij. Iz njih se sprošča tudi “zaostala” toplota, zato

jih skladiščimo v bazenu z vodo. Po nekaj desetletjih bi se “zaostala” toplota

tako zmanjšala, da bi izrabljeno gorivo lahko odložili. V svetovnem merilu še

ni dokončne rešitve kam in kako z (VRO), SLO jih bo izvozila.

Uveljavili sta se dve različici

odlagališč NRO in SRO:

površinska in

globinska.

Pri nas stroka ni enotna pri

globinskem se izpostavlja mogoče

onesnaženje podtalnice in cena.


Toplotno onesnaževanje vodotokov je najpogosteje posledica:odvajanja toplote iz toplotnih strojev, ki le tako lahko opravljajo krožneprocese;izpustov ohlajene geotermalne vode v vodotoke.

Omejitve v prvem primeru so dovoljene temperature (30°C) in dovoljenopovišanje temperature vodotoka (3K), v drugem primeru pa še dodatno tudivsebnost soli.

Vpliv toplotnega onesnaževanja si oglejmo na primeru kako vpliva na količino vvodotoku raztopljenega kisika (DO), ki je, kot že vemo eno od osnovnih merilkakovosti vodotokov, ki jih onesnažujemo z organskimi odpadki.

48 Toplotno onesnaževanje vodotokov

razdalja od mesta točkovnega toplotnega onesnaževanja vodotoka, nadomestimo jo s časom (in hitrostjo toka).

Količina raztopljenega kisika na

mestu točkovnega onesnaževanja je

Lo. Organske snovi vzdolž toka

vodotoka razgrajujejo mikroorganizmi.

Zato se količina DO zmanjšuje z

zakonitostmi sistema prvega reda, kar

pomeni, da je sprememba na nekem

mestu odvisna od vrednosti DO.

ko

ličin

a D

O (

mg/l)

49 Toplotno onesnaževanje vodotokov

razdalja od mesta točkovnega toplotnega onesnaževanja vodotoka, nadomestimo jo s časom (in hitrostjo toka).

ko

ličin

a D

O (

mg/l) t

tdL

k Ldt

Rešitev diferencialne enačbe je:

k tt oL L e

Konstanto k v zgornjih enačbah

imenujemo reakcijska konstanta.

Merimo jo v enoti čas-1.

Tipične vrednosti konstante k so za vodotoke v katere odvajamo očiščene komunalne vode med 0,1 in 0,25 dan-1. Večja vrednost k pomeni, da bo hitrost

porabljanja raztopljenega kisika večja, čeprav bo celotna potrebna količina porabljenega kisika za razgradnjo organskih snovi vedno enaka. Zato bo čas za reareacijo (obnavljanje kisika) krajši in verjetnost, da bo presežena najnižja količina DO, ki še omogoča preživetje, večja. Konstanta k se povečuje z naraščanjem temperature vodotoka:

minimalna vrednost DO za

preživetje vodnih živali (npr 5 mg/l)

količina DO v vodotoku na mestu točkovnega

onesnaževanja z organskimi snovmi

(T 20)o(T 20 C)k k

je temperaturni koeficient, ponavadi privzamemo 1.047

T (°C) največja količina DO (mg/l)

k(dan-1)

0 14,62 0,10

5 12,77

20 9,10

30 7,56 0,40

Kaj je toplogredni učinek ozračja ?

Kaj je toplogredni potencial plinov in ekvivalent CO2 ?

Opišite pomen ozona v stratosferi, kako navajamo vsebnost ozona v stratosferi !

Opišite vzroke za nastanek zimskega in poletnega smoga !

Kako postanejo padavine “kisle” in kako to vpliva na naravno in grajeno okolje?

Razložite kako klasificiramo jedrske odpadke in kako z njimi ravnamo !

Navedite kakšne okoljske pritiske povzroča odvajanjem toplote iz energetskih procesov v površinske vodotoke !

Možna izpitna vprašanja

predavanje o2

Documents