TOPLOTNO ONESNAŽEVANJE: ZNAČILNOSTI, POSLEDICE, PRIMERI - OKOLJE - 2026

Toplotno onesnaženje zgodi, ko nekaj faktor povzroči neželeno ali škodljivo spremembo temperature okolja. Okolje, ki ga ta onesnaženost najbolj prizadene, je voda, vendar lahko vpliva tudi na zrak in tla.

Povprečno temperaturo okolja lahko spremenijo tako naravni vzroki kot človeška dejanja (antropogena). Naravni vzroki vključujejo neprovocirane gozdne požare in vulkanske izbruhe.

Temperatura Zemljine površine. Vir: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SurfaceTemperature.jpg

Med antropogenimi vzroki so tudi proizvodnja električne energije, proizvodnja toplogrednih plinov in industrijski procesi. Prav tako prispevajo hladilni in klimatski sistemi.

Najpomembnejši pojav toplotnega onesnaženja je globalno segrevanje, kar pomeni povečanje povprečne planetarne temperature. To je posledica tako imenovanega toplogrednega učinka in neto prispevka preostale toplote ljudi.

Dejavnost, ki ustvarja najbolj toplotno onesnaženje, je proizvodnja električne energije iz gorenja fosilnih goriv. Izgorevanje premoga ali naftnih derivatov razprši toploto in proizvede CO2, glavni toplogredni plin.

Toplotno onesnaževanje povzroča fizične, kemične in biološke spremembe, ki negativno vplivajo na biotsko raznovrstnost. Najpomembnejša lastnost visokih temperatur je njihova katalitična moč in vključuje presnovne reakcije, ki se dogajajo v živih organizmih.

Živa bitja potrebujejo pogoje za določeno amplitudo variacije temperature, da preživijo. Zaradi tega lahko vsaka sprememba te amplitude pomeni zmanjšanje populacije, njihovo preseljevanje ali izumrtje.

Po drugi strani pa toplotno onesnaženje neposredno vpliva na zdravje ljudi, kar povzroča izčrpanost toplote, toplotni šok in poslabša srčno-žilne bolezni. Poleg tega globalno segrevanje povzroča, da tropske bolezni razširijo svoj geografski razpon delovanja.

Preprečevanje toplotnega onesnaževanja zahteva spreminjanje načinov gospodarskega razvoja in navad sodobne družbe. To pa vključuje uporabo tehnologij, ki zmanjšujejo toplotni vpliv na okolje.

Tu je predstavljenih nekaj primerov toplotnega onesnaževanja, na primer jedrska elektrarna Santa María de Garoña (Burgos, Španija), ki je delovala med letoma 1970 in 2012. Ta elektrarna je iz hladilnega sistema v reko Ebro vrgla vročo vodo, tako da je svojo naravno temperaturo povišala do 10 ° C.

Še en značilen primer toplotnega onesnaženja je uporaba klimatskih naprav. Širjenje teh sistemov za znižanje temperature poveča temperaturo mesta, kot je Madrid, za 2 ° C.

Nazadnje, pozitiven primer podjetja za proizvodnjo margarine v Peruju, ki uporablja vodo za hlajenje sistema in nastalo toplo vodo vrne v morje. Tako jim je uspelo prihraniti energijo, vodo in zmanjšati prispevek tople vode v okolju.

značilnosti

- Toplotno in toplotno onesnaženje

Toplotno onesnaženje nastane pri preoblikovanju drugih energij, saj vsa energija, ki jo uporabljamo, proizvaja toploto. To je sestavljeno iz pospeševanja gibanja delcev medija.

Zato je toplota prenos energije med dvema sistemoma, ki sta pri različnih temperaturah.

Temperatura

Temperatura je količina, ki meri kinetično energijo sistema, torej povprečno gibanje njegovih molekul. Omenjeno gibanje je lahko prevod kot v plinu ali vibracije kot v trdni snovi.

Merimo ga s termometrom, katerega različne vrste so, med katerimi je najpogostejša dilatacijska in elektronska.

Ekspanzijski termometer temelji na koeficientu raztezanja nekaterih snovi. Te snovi, ko se segrejejo, se raztezajo in njihov dvig označuje stopnjo lestvice.

Elektronski termometer temelji na pretvorbi toplotne energije v električno energijo, prevedeno v numeričnem merilu.

Najpogostejša uporabljena lestvica je tista, ki jo je predlagal Anders Celzius (ºC, stopinja Celzija ali celzija). V njej 0 ° C ustreza ledišču vode in 100 ° C vrelišču.

- Termodinamika in toplotno onesnaženje

Termodinamika je veja fizike, ki proučuje interakcije toplote z drugimi oblikami energije. Termodinamika razmišlja o štirih temeljnih načelih:

- Dva predmeta z različnimi temperaturami bosta izmenjevala toploto, dokler ne dosežeta ravnovesja.

- Energija ni niti ustvarjena niti uničena, ampak se samo transformira.

- Ene oblike energije ni mogoče popolnoma pretvoriti v drugo brez izgube toplote. In toplotni tok bo od najbolj vročega medija do najmanj vročega, nikoli obratno.

- Ni mogoče doseči temperature, ki je enaka absolutni nič.

Ta načela, ki se uporabljajo pri toplotnem onesnaževanju, določajo, da vsak fizični proces ustvarja prenos toplote in proizvaja toplotno onesnaženje. Poleg tega lahko nastane s povečanjem ali znižanjem temperature medija.

Šteje se, da zvišanje ali znižanje temperature onesnažuje, ko presega vitalne parametre.

- Vitalna temperatura

Temperatura je eden temeljnih vidikov za pojav življenja, kot ga poznamo. Razpon temperaturnih nihanj, ki omogoča večino aktivne življenjske dobe, se giblje med -18 ° C in 50 ° C.

Živi organizmi lahko obstajajo v latentnem stanju pri temperaturah od -200 ° C in 110 ° C, vendar so to redki primeri.

Termofilne bakterije

Določene tako imenovane termofilne bakterije lahko obstajajo pri temperaturah do 100 ° C, dokler je tekoča voda. To stanje se pojavi pri velikih pritiskih na morskem dnu na območjih hidrotermalnih zračnikov.

To nam pove, da je definicija toplotnega onesnaženja v mediju sorazmerna in odvisna od naravnih lastnosti medija. Prav tako je povezan z zahtevami organizmov, ki naseljujejo določeno območje.

Človeško bitje

Pri ljudeh se normalna telesna temperatura giblje od 36,5ºC do 37,2ºC, homeostatska sposobnost (za kompenzacijo zunanjih sprememb) pa je omejena. Temperature pod 0 ° C dolga obdobja in brez umetne zaščite povzročijo smrt.

Prav tako je dolgotrajno težko nadomestiti temperature nad 50 ° C.

- Toplotno onesnaževanje in okolje

Voda ima termično onesnaževanje takojšen učinek, saj se tukaj toplota odvaja počasneje. V zraku in na zemlji ima toplotno onesnaženje manj močne učinke, ker se toplota hitreje razprši.

Po drugi strani je na majhnih območjih zmogljivost okolja za odvajanje velikih količin toplote zelo omejena.

Katalitični učinek toplote

Toplota ima katalitični učinek na kemične reakcije, torej pospeši te reakcije. Ta učinek je glavni dejavnik, s katerim lahko toplotno onesnaženje negativno vpliva na okolje.

Tako lahko nekaj temperaturnih razlik sproži reakcije, ki se sicer ne bi pojavile.

Vzroki

- Globalno segrevanje

Zemlja je skozi svojo geološko zgodovino skozi cikle visokih in nizkih povprečnih temperatur. V teh primerih so bili viri naraščanja temperature planeta naravne narave, kot sta sonce in geotermalna energija.

Trenutno je proces globalnega segrevanja povezan z dejavnostmi, ki jih izvajajo ljudje. V tem primeru je glavna težava zmanjšanje hitrosti odvajanja omenjene toplote proti stratosferi.

To se zgodi predvsem zaradi emisij toplogrednih plinov s človeško dejavnostjo. Sem spadajo industrija, promet v avtomobilih in kurjenje fosilnih goriv.

Globalno segrevanje predstavlja danes največji in najnevarnejši postopek toplotnega onesnaženja, ki obstaja. Poleg tega oddaja toplote zaradi globalne uporabe fosilnih goriv sistem doda dodatno toploto.

- Termoelektrične naprave

Termoelektrarna je industrijski kompleks, zasnovan za proizvodnjo električne energije iz goriva. Omenjeno gorivo je lahko fosilno (premog, nafta ali derivati) ali radioaktivni material (na primer uran).

Endesa kot Pontes Termoelektrarna (Španija). Vir: Slika je prispeval ☣Banjo

Ta sistem zahteva hlajenje turbin ali reaktorjev in za to se uporablja voda. V hladilnem zaporedju se iz primernega hladnega izvira (reke ali morja) črpa velika količina vode.

Nato jo črpalke silijo skozi cevi, ki jih obdaja vroča izpušna para. Toplota prehaja iz pare v hladilno vodo, segreta voda pa se vrne v vir, odvečno toploto pa prinese v naravno okolje.

- Gozdni požari

Gozdni požari so danes pogost pojav, ki ga v mnogih primerih neposredno ali posredno povzročajo človeška bitja. Izgorevanje velikih gozdnih mas ogromno toplote prenaša predvsem v zrak in tla.

- Klimatske in hladilne naprave

Klimatske naprave ne samo spreminjajo temperaturo notranjega prostora, temveč tudi povzročajo neravnovesja v zunanjem prostoru. Na primer, klimatske naprave razhajajo na zunaj 30% več kot toplota, ki jo odvajajo od znotraj.

Po podatkih Mednarodne agencije za energijo je na svetu približno 1.600 milijonov klimatskih naprav. Prav tako hladilniki, hladilniki, kleti in vsa oprema, zasnovana za zniževanje temperature v zaprtem prostoru, ustvarjajo toplotno onesnaženje.

- industrijski procesi

Vsi procesi industrijske transformacije vključujejo prenos toplote v okolje. Nekatere panoge to počnejo z zelo visokimi stopnjami, kot so utekočinjanje plina, metalurgija in proizvodnja stekla.

Utekočinjeni plini

Industrija uplinjanja in utekočinjanja različnih industrijskih in medicinskih plinov zahteva hladilne procese. Ti procesi so endotermični, torej absorbirajo toploto s hlajenjem okoliškega okolja.

Za to se uporablja voda, ki se v okolje vrne pri nižji temperaturi od začetne.

Metalurški

Talilne peči oddajajo toploto v okolje, saj dosežejo temperaturo nad 1500 ° C. Po drugi strani pa postopki hlajenja materialov uporabljajo vodo, ki pri višji temperaturi ponovno vstopi v okolje.

Proizvodnja stekla

V procesu taljenja in brizganja materiala dosežemo temperature do 1.600 ° C. V tem smislu je toplotno onesnaževanje, ki ga ustvarja ta panoga, veliko, zlasti v delovnem okolju.

- Svetlobni sistemi

Žarnice z žarilno nitko ali žarnice in fluorescenčne sijalke v obliki toplote v okolje razpršujejo energijo. Zaradi visoke koncentracije svetlobnih virov v mestnih območjih to postane vir občutnega toplotnega onesnaženja.

- motorji z notranjim zgorevanjem

Motorji z notranjim zgorevanjem, kot tisti v avtomobilih, lahko ustvarijo približno 2500 ° C. Ta toplota se odvaja v okolje preko hladilnega sistema, natančneje preko radiatorja.

Glede na to, da v mestu dnevno kroži več sto tisoč vozil, je mogoče sklepati na količino prenesene toplote.

- Urbana središča

V praksi je mesto vir toplotnega onesnaženja, ker v njem obstajajo številni že omenjeni dejavniki. Vendar je mesto sistem, katerega toplotni učinek tvori toplotni otok v okviru njegove okolice.

Vročinski otoki v Španiji. Vir: Galjundi7

Albedo učinek

Albedo se nanaša na sposobnost predmeta, da odraža sončno sevanje. Urbana struktura poleg kaloričnega prispevka, ki ga lahko prispeva vsak element (avtomobili, domovi, industrije), močno sinergira.

Na primer, materiali v mestnih središčih (predvsem beton in asfalt) imajo nizko albedo. Zaradi tega se zelo segrejejo, kar skupaj s toploto, ki jo oddajajo dejavnosti v mestu, poveča toplotno onesnaženje.

Neto prispevki mestne toplote

Različne preiskave so pokazale, da je lahko pridobivanje toplote s človeškimi dejavnostmi v vročem dnevu v mestu zelo veliko.

Na primer, v Tokiu je neto vnos toplote 140 W / m2, kar ustreza povečanju temperature za približno 3 ° C. V Stockholmu je neto prispevek ocenjen na 70 W / m2, kar ustreza 1,5 ° C zvišanju temperature.

Posledice

- Spremembe fizikalnih lastnosti vode

Povišanje temperature vode kot posledica toplotnega onesnaženja povzroči fizične spremembe v njej. Na primer, zmanjša raztopljeni kisik in poveča koncentracijo soli, kar vpliva na vodne ekosisteme.

V vodnih telesih, ki so podvrženi sezonskim spremembam (zimsko zmrzovanje), dodajanje tople vode spremeni naravno stopnjo zamrzovanja. To pa vpliva na živa bitja, ki so se prilagodila tej sezoni.

- Vpliv na biotsko raznovrstnost

Vodno življenje

V termoelektričnih sistemih za hlajenje rastlin izpostavljenost visokim temperaturam povzroča fiziološki šok za nekatere organizme. V tem primeru so prizadeti fitoplankton, zooplankton, jajčeca in ličinke planktona, rib in nevretenčarjev.

Številni vodni organizmi, zlasti ribe, so zelo občutljivi na temperaturo vode. Pri isti vrsti se idealno temperaturno območje razlikuje glede na aklimatizacijsko temperaturo posamezne populacije.

Zaradi tega temperaturne razlike povzročajo izginotje ali selitev celotne populacije. Tako lahko izpustna voda iz termoelektrarne zviša temperaturo za 7,5-11 ºC (sladka voda) in 12-16 ºC (slana voda).

Ta toplotni šok lahko privede do hitre smrti ali povzroči neželene učinke, ki vplivajo na preživetje prebivalstva. Med drugimi učinki segrevanje vode zmanjšuje raztopljeni kisik v vodi, kar povzroča hipoksične težave.

Evtrofikacija

Ta pojav resno vpliva na vodne ekosisteme, celo povzroča izginotje življenja v njih. Začne se s širjenjem alg, bakterij in vodnih rastlin kot posledica umetnih prispevkov hranilnih snovi v vodo.

Ko se populacije teh organizmov povečujejo, porabijo raztopljeni kisik v vodi, kar povzroči smrt rib in drugih vrst. Zvišanje temperature vode prispeva k evtrofikaciji z zmanjšanjem raztopljenega kisika in koncentriranja soli, kar spodbuja rast alg in bakterij.

Kopensko življenje

Pri zraku spremembe temperature vplivajo na fiziološke procese in obnašanje vrst. Veliko žuželk zmanjša plodnost pri temperaturah nad določenimi nivoji.

Prav tako so rastline občutljive na temperaturo zaradi svojega cvetenja. Globalno segrevanje povzroča, da nekatere vrste širijo svoj geografski obseg, druge pa omejujejo.

- Zdravje ljudi

Toplotni udar

Nenavadno visoke temperature vplivajo na zdravje ljudi, zato lahko pride do tako imenovanega toplotnega šoka ali toplotnega udara. To je sestavljeno iz akutne dehidracije, ki lahko povzroči paralizo različnih vitalnih organov in celo privede do smrti.

Vročinski valovi lahko povzročijo na stotine in celo tisoče ljudi kot v Chicagu (ZDA), kjer je leta 1995 umrlo približno 700 ljudi. Medtem so vročinski valovi v Evropi med letoma 2003 in 2010 povzročili smrt na tisoče ljudi.

Bolezni srca in ožilja

Po drugi strani pa visoke temperature negativno vplivajo na zdravje ljudi s srčno-žilnimi boleznimi. To stanje je še posebej resno v primerih hipertenzije.

Nenadne spremembe temperature

Nenadne razlike v temperaturi lahko oslabijo imunski sistem in naredijo telo bolj dovzetnega za bolezni dihal.

Higiena in delovno okolje

Toplotno onesnaževanje je dejavnik zdravja pri delu v nekaterih panogah, na primer metalurgija in steklo. Tu so delavci izpostavljeni sevanju toplote, ki lahko povzroči resne zdravstvene težave.

Čeprav so očitno sprejeti varnostni ukrepi, je toplotno onesnaženje pomembno. Pogoji vključujejo izčrpanost toplote, toplotni udar, ekstremno sevalne vročinske opekline in težave s plodnostjo.

Tropske bolezni

Povišanje globalne temperature povzroča, da bolezni, doslej omejene na določena tropska območja, razširijo svoj polmer delovanja.

Aprila 2019 je v Amsterdamu potekal 29. evropski kongres klinične mikrobiologije in nalezljivih bolezni. V tem primeru se je izpostavilo, da se bolezni, kot so čikungunja, denga ali lešmanijoza, lahko širijo v Evropo.

Podobno lahko na isti pojav vpliva tudi klopni encefalitis.

Kako to preprečiti

Cilj je zmanjšati neto prispevek toplote v okolje in preprečiti, da bi proizvedena toplota ujela v ozračje.

- Uporaba učinkovitejših virov energije in tehnologij za proizvodnjo električne energije

Viri energije

Termoelektrične naprave povzročajo največji prispevek toplotnega onesnaženja v smislu neto prenosa toplote v ozračje. V tem smislu je za zmanjšanje toplotnega onesnaženja bistveno nadomestiti fosilna goriva s čistimi energijami.

Procesi proizvodnje sončne, vetrne (vetrne) in hidroelektrarne (vode) omogočajo zelo nizke vnose preostale toplote. Enako se dogaja z drugimi alternativami, kot so energija valov (valovi) in geotermalna (toplota iz zemlje),

Tehnologije

Termoelektrarne in industrije, katerih procesi zahtevajo hladilne sisteme, lahko uporabljajo sisteme zaprtega kroga. Za zmanjšanje temperature vode se lahko vgradijo tudi mehanski difuzijski sistemi.

- Soproizvodnja

Soproizvodnja sestoji iz sočasne proizvodnje električne energije in koristne toplotne energije, kot sta para ali topla voda. Za to so bile razvite tehnologije, ki omogočajo obnavljanje in izkoriščanje odpadne toplote, ustvarjene v industrijskih procesih.

Na primer, projekt INDUS3ES, ki ga financira Evropska komisija, razvija sistem, ki temelji na "toplotnem transformatorju". Ta sistem lahko absorbira nizkotemperaturno preostalo toploto (70 do 110 ºC) in jo vrne na višjo temperaturo (120-150 ºC).

Druge dimenzije proizvodnje energije

Bolj zapleteni sistemi lahko vključujejo druge dimenzije proizvodnje ali preoblikovanja energije.

Med njimi imamo trigeneracije, ki so sestavljene iz vključevanja hladilnih procesov poleg proizvodnje električne energije in toplote. Če dodatno ustvarimo mehansko energijo, govorimo o tetrageneraciji.

Nekateri sistemi so CO2 pasti, poleg tega da proizvajajo električno, toplotno in mehansko energijo, v tem primeru govorimo o štirih generacijah. Vsi ti sistemi prispevajo tudi k zmanjšanju izpustov CO2.

- Zmanjšajte emisije toplogrednih plinov

Ker je globalno segrevanje pojav toplotnega onesnaženja z največjim vplivom na planet, je njegovo ublažitev nujno. Da bi to dosegli, je glavna stvar zmanjšati emisije toplogrednih plinov, vključno s CO2.

Zmanjšanje emisij zahteva spremembo vzorca gospodarskega razvoja in nadomesti fosilne vire čiste energije. Pravzaprav to zmanjšuje emisije toplogrednih plinov in proizvodnjo odpadne toplote.

- obdobje hlajenja hladilne vode

Alternativa, ki jo uporabljajo nekatere termoelektrične naprave, je gradnja hladilnih bazenov. Njegova funkcija je počitek in hlajenje vode, ki izhaja iz hladilnega sistema, preden jih vrnemo v naravni vir.

Primeri toplotnega onesnaženja

Termoelektrarna Brayton (ZDA). Vir: Wikimaster97commons

Jedrska elektrarna Santa María de Garoña

Jedrske elektrarne proizvajajo električno energijo iz razgradnje radioaktivnih snovi. To ustvarja veliko toplote, ki zahteva hladilni sistem.

Jedrska elektrarna Santa María de Garoña (Španija) je bila elektrarna tipa BWR (reaktor z vrelo vodo), ustanovljena leta 1970. Njegov hladilni sistem je iz reke Ebro porabil 24 kubičnih metrov vode na sekundo.

Po prvotnem projektu odpadna voda, ki se vrne v reko, ne bi presegla 3 ° C glede na temperaturo reke. Leta 2011 je v poročilu Greenpeace, ki ga je podprlo neodvisno okoljsko podjetje, ugotovljeno veliko večje zvišanje temperature.

Voda na območju izliva je dosegla 24 ° C (6,6 do 7 ° C naravne rečne vode). Potem je štiri kilometre nižje od območja razlitja presegel 21 ° C. Obrat je prenehal delovati 16. decembra 2012.

Klimatske naprave v Madridu (Španija)

V mestih je vedno več klimatskih sistemov za znižanje temperature okolice v vroči sezoni. Te naprave delujejo tako, da črpajo vroč zrak od znotraj in ga razpršujejo zunaj.

Na splošno niso zelo učinkovite, zato zunaj razpršijo še več toplote, kot jo črpajo od znotraj. Ti sistemi so zato relevanten vir toplotnega onesnaženja.

V Madridu številne klimatske naprave, prisotne v mestu, dvigujejo temperaturo okolice za do 1,5 ali 2 ° C.

Pozitiven primer: obrat za proizvodnjo margarine v Peruju

Margarina je nadomestek masla, pridobljenega s hidrogeniranjem rastlinskih olj. Hidrogeniranje zahteva nasičenje rastlinskega olja z vodikom pri visokih temperaturah in tlakih.

Za ta postopek je potreben hladilni sistem na vodni osnovi za zajem nastale odpadne toplote. Voda absorbira toploto in zviša njeno temperaturo, nato pa se vrne v okolje.

V perujskem podjetju za proizvodnjo margarine je tok vroče vode (35 ° C) povzročil toplotno onesnaženje v morju. Za preprečevanje tega učinka je podjetje uvedlo sistem soproizvodnje, ki temelji na zaprtem hladilnem krogu.

S tem sistemom je bilo mogoče ponovno uporabiti toplo vodo za predhodno segrevanje vode, ki vstopa v kotel. Na ta način smo prihranili vodo in energijo ter zmanjšali dotok tople vode v morje.

Reference

1. Burkart K, Schneider A, Breitner S, Khan MH, Krämer A in Endlicher W (2011). Vpliv atmosferskih toplotnih razmer in urbanega toplotnega onesnaževanja na vsesplošno in srčno-žilno smrtnost v Bangladešu. Onesnaževanje okolja 159: 2035–2043.
2. Coutant CC in Brook AJ (1970). Biološki vidiki toplotnega onesnaževanja I. Vplivi vsesavanja in odvajanja na kanale ∗. Kritični pregledi CRC pri nadzorovanju okolja 1: 341–381.
3. Davidson B in Bradshaw RW (1967). Toplotno onesnaževanje vodnih sistemov. Okoljska znanost in tehnologija 1: 618–630.
4. Dingman SL, Weeks WF in Yen YC (1968). Učinki toplotnega onesnaženja na rečne ledene razmere. Raziskava vodnih virov 4: 349–362.
5. Galindo RJG (1988). Onesnaževanje obalnih ekosistemov, ekološki pristop. Avtonomna univerza Sinaloa, Mehika. 58 str.
6. Projekt Indus3Es. (Seje 12. avgusta 2019). indus3es.eu
7. Nordell B (2003). Toplotno onesnaževanje povzroča globalno segrevanje. Globalne in planetarne spremembe 38: 305–12.