Какие тепловые двигатели сильнее всего загрязняют воздух: Какие тепловые двигатели сильнее всего загрязняют воздух в вашем населенном пункте?

Содержание

Проблемы экологии, связанные с использованием тепловых машин

Что такое тепловая машина

Тепловая машина (ТМ) – тип двигателя, преобразующий тепло в полезную работу. Он состоит из трех элементов:

  • нагревателя;
  • холодильника;
  • рабочего тела.

К тепловым машинам относятся все бензиновые и дизельные автомобильные моторы, паровые турбины и котлы, реактивные и ракетные двигатели.

Тепловые двигатели (ТД) распространены повсеместно: на транспорте, в энергетике, промышленности. Изобретение паровой машины привело к индустриальной революции XVIII-XIX столетий, радикально изменило облик нашего мира.

Где применяются тепловые двигатели

Миллионы автомобилей на двигателях внутреннего сгорания занимаются перевозом пассажиров и грузов. По железным дорогам ходят мощные тепловозы, по водным траекториям – теплоходы. Самолеты и вертолеты снабжены поршневыми, турбореактивными и турбовинтовыми двигателями. Ракетные двигатели «толкают» в космическое пространство станции, корабли и спутники Земли. Двигатели внутреннего сгорания в сельском хозяйстве устанавливают на комбайнах, насосных станциях, тракторах и прочих объектах.

Как работает тепловой двигатель

Работа теплового двигателя основана на способности веществ расширяться при повышении температуры. В качестве рабочего тела в ТД используется газ, который нагревается за счет сжигания топлива.

Все ТМ работают циклически. Чтобы запустить подобную систему, температура нагревателя должна быть существенно выше, чем окружающей среды. При обратном ходе поршня температура газа понижается за счет холодильника. Им может служить охлаждающая жидкость или атмосфера.

Работа двигателя равна разности подведенного и отведенного тепла. Коэффициент полезного действия – это отношение работы к теплу, подведенному к системе. Принцип действия тепловых машин основан на 1-м и 2-м законе термодинамики.

Экологическая проблема использования тепловых машин. Где используют тепловые машины

На сегодняшний день каждый житель нашей планеты должен задуматься о ее будущем, ведь технологии не стоят на месте. С каждым годом экология становится все хуже и хуже.

Конечно, ученые разрабатывают новые виды автомобилей, не наносящих столь опасного вреда планете, но процесс такого развития происходит не так быстро, как того хотелось бы.

Именно поэтому мы должны задуматься об экологических проблемах использования тепловых машин. В данной статье об этом и поговорим.

Чем являются теплодвигатели

Вы можете об этом даже не догадываться, но с теплодвигателями встречается ежедневно каждый из нас, поэтому экологическая проблема использования тепловых машин должна быть выдвинута на первый план.

К теплодвигателям можно отнести механизмы, которые отвечают за движение кораблей, самолетов, автомобилей, и другую автотранспортную технику.

Столь широкое применение двигателей такого типа и стало причиной того, что тепловая промышленность стала столь востребованной.

В чем экологическая проблема использования тепловых машин

Самой первой и глобальной проблемой является то, что тепловые механизмы с помощью своих выбросов способны нагревать окружающие предметы и атмосферу в целом. А это становится причиной глобального потепления и резкого таяния ледников. По словам специалистов, именно рука человека привела к тому, что уровень Мирового океана начал значительно повышаться.

Каждый из нас должен быть готовым к тому, что изменение условий окружающей среды повлияет и на образ жизнедеятельности человека. Несмотря на столь серьезную угрозу, человечество мало задумывается о том, какой будет жизнь на планете Земля через пару десятков лет.

Где можно встретить тепловые двигатели

На сегодняшний день экологическая проблема использования тепловых машин очень актуальна, ведь использование теплодвигетелей ведется в глобальном масштабе.

Оглянитесь вокруг, по всему миру миллионы автомобилей перевозят пассажиров, а также различные грузы. Также не стоит забывать и про авиа- и ракетостроение, а также про загрязнение водных ресурсов судами.

Все эти средства оказывают крайне отрицательное влияние на экологию. Под угрозой находится не только атмосфера, но литосфера и гидросфера.

Как происходит загрязнение

Не стоит забывать, что загрязнение воздуха и водных ресурсов происходит за счет того, что во время работы тепловой двигатель сжигает нефть и уголь, и выделяет в окружающее пространство серные и азотные соединения. Все это опасно не только для здоровья человека, но также и способствует вымиранию флоры и фауны всей планеты.

В процессе переработки топлива в атмосферу не только выделяется огромное количество плохих веществ, но также происходит и процесс сжигания кислорода. Идеальная тепловая машина расходует минимальное количество электрической и Однако такой расход будет существовать в любом случае.

Вредные вещества

Для работы тепловых двигателей чаще всего применяется ископаемое топливо или продукты его переработки: уголь, газ, мазут, бензин, керосин и др. Они никогда не сгорает на 100%, и остатки загрязняют окружающую среду.

Не меньший вред наносят продукты сгорания. При работе ТМ выделяются следующие виды вредных веществ:

  • сажа;
  • углекислый газ;
  • угарный газ;
  • оксид азота;
  • соединения свинца;
  • формальдегид;
  • бензол.

Атомные электростанции – также тепловые машины, в которых для нагревания рабочего тела используются ядерные реакции. Их эксплуатация связана с опасностью загрязнения окружающей среды радиоактивными материалами.

Негативное действие тепловых механизмов

Тепловые машины наносят непоправимый вред экологии. Результатом сжигания нефти, угля становится выделение опасных для человечества, флоры, фауны азотных и серных соединений. Также тепловые процессы связаны с использованием атмосферного кислорода, что ведет к снижению его уровня в воздухе.

К тому же топливо для производства тепла не способно полностью сгорать, из-за чего выбрасываются частицы сажи, золы, которой дышат люди. Отходы ТЭС, двигателей внутреннего сгорания в виде хлора, угарного газа, сернистых соединений после выхлопа в атмосферу могут осаждаться в почву. Моторы авто выбрасывают в большом количестве свинец.

Атомные электростанции имеют свои проблемы, влияющие на экологию. Здесь важно в результате деятельности тепловых машин правильно утилизировать радиоактивные отходы.

Экологическая проблема, связанная с применением тепловых машин, связана не только с выбросами выхлопов и загрязнением среды. Результатом использования тепла становится нагревание воздушного пространства. Негативным итогом теплового загрязнения становится и повышение количества углекислого газа в атмосфере, что провоцирует «парниковый эффект». Это ведет к глобальному потеплению, таянию льдов, повышению уровня Мирового океана.

Виды загрязнений

Выбросы токсичных веществ – главный негативный фактор воздействия тепловых машин на окружающую среду.

В процессе сжигания топлива расходуется много кислорода, что приводит к уменьшению его количества в воздухе. В странах с развитой промышленностью двигатели и турбины потребляют кислорода больше, чем его успевают выделять растения.

Тепловое загрязнение

При работе любого двигателя внешнего или внутреннего сгорания выделяется много тепла, что приводит к «тепловому загрязнению».

За 2008 год все ТМ выработали примерно 125 ПВт/ч энергии. Учитывая их небольшой КПД, примерно столько же энергии рассеялось в виде тепла в атмосфере. Хотя это количество и не кажется слишком большим, но оно способно нарушить хрупкий температурный баланс атмосферы, запустив необратимые изменения.

Последствия для экологии

Тепловые машины – один из главных источников загрязнения окружающей среды. Экологические проблемы при использовании ТД носят комплексный характер – токсичные выбросы отравляют воздух, почву и воду.

Атмосфера принимает на себя первый удар. Тепловые машины ежегодно выбрасывают в окружающую среду около 60 млн тонн оксидов серы и примерно 200 млн тонн сажи. Количество окисей азота, соединений свинца, углеводородов также исчисляется миллионами тонн.

В мире эксплуатируется около 1 млрд автомобилей, на них приходится более половины ядовитых веществ, которые выбрасываются в атмосферу.

В 2021 году в атмосферу было выброшено 33,9 млрд тонн углекислого газа, что на 2% больше, чем годом ранее. Он считается одной из главных причин парникового эффекта и изменения климата.

Выхлопные газы автомобилей – основной источник токсичного смога в крупнейших городах мира. Концентрация вредных веществ в воздухе мегаполисов может превышать норму в десятки раз.

Токсические вещества из атмосферы попадают в почву или воду. Они меняют их химический состав, что самым негативным образом сказывается на живых организмах.

Влияние на живые организмы

Ядовитые выбросы, образующиеся при работе тепловых машин, разрушительно действуют на все живые организмы. Наиболее опасными считаются соединения свинца, азота, фенолы, углеводороды.

Например, свинец, который добавляют в моторное топливо, является сильнейшим канцерогеном. Аналогичными свойствами обладает хром, бром и их соединения.

Выбросы тепловых двигателей угнетают иммунную систему человека, приводят к дыхательным и сердечно-сосудистым заболеваниям.

Соединения азота и серы, вступая в реакции с влагой воздуха, образуют ядовитые кислоты. Именно они – причина кислотных дождей, которые убийственно действуют на почву и растительность.

Негативное влияние на экологию

Вред тепловых двигателей на окружающую среду бесспорный. Безусловно, единичный тепловоз, передвигающийся между населенными пунктами, не представлял опасность. Но человечество развивается, что требует увеличения парка паровозов. Они загрязняли атмосферу с образованием дымных смогов. При этом дополнительный негативный эффект определялся составов дыма. Она содержала мелкодисперсную угольную пыль, которая оседала в легких человек.

Химический коктейль современного транспорта гораздо сложнее. За счет сгорания дизельного топлива, бензина, керосина, мазута появляются соединения, действующие на экологию и человека губительно. При этом если воздействие отдельных компонентов изучено, то комплексное влияние сильнее, сложнее устраняется. Загрязненный воздух поражает легкие, вызывая аллергические и обструктивные изменения. Канцерогенный эффект проявляется ростом онкологических заболеваний.

Экологические проблемы использования тепловых машин – кислотные дожди, разрушение озонового слоя, парниковый эффект. И это далеко не весь перечень.

Пути решения проблемы

Можно утверждать, что ТД породили современное индустриальное общество. При этом необходимость их замены с каждым днем становится все более очевидной. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды плохо сочетаются друг с другом.

Автобус на электрической тяге

Альтернативы для этого уже есть: тепловые электростанции можно заменить солнечными панелями, а автомобили с ДВС – электрокарами.

Такой переход потребует много времени и еще больше ресурсов, но результат оправдает эти затраты.

Теплоэнергетика

Предприятия теплоэнергетики следует вынести за границы населенных пунктов. От этого они не будут выделять в атмосферу меньше вредных веществ, но их концентрация в городах станет меньше.

Следует отказаться от наиболее «грязного» вида ископаемого топлива – каменного угля. Природный газ дает меньше выбросов сажи и других вредных веществ. Хорошей альтернативой является водород, однако технологии его получения и использования пока не отработаны.

Выбросы автомобилей

Вполне реально уменьшить вред, который окружающей среде и здоровью людей наносят автомобили с ДВС. Эффективным методом является жесткий контроль качества моторного топлива. Уже сегодня во многих странах запрещена продажа бензина с добавками свинца.

Существуют стандарты по количеству вредных веществ в выхлопных газах самих автомобилей. Они зависят от конструкции двигателя и системы зажигания, наличия нейтрализаторов.

Хорошим решением является перевод транспорта на различные виды природных газов.

Уменьшить загазованность в населенных пунктах позволяет правильная организация дорожного движения. Установлено, что большая часть выбросов происходит во время нахождения машин в «пробках».

Альтернативная энергетика

«Зеленая» энергетика – мощный тренд последнего десятилетия. К ней обычно относят ветроэнергетику, солнечные панели, биогаз, приливные электростанции. Они известны человечеству давно, но только сейчас становятся экономически выгодными.

Доля «зеленой» энергии в мировой генерации с каждым годом увеличивается.

Преимущества использования тепловых двигателей

  • Простота. Работа тепловых механизмов основана на простых и понятных принципах. Используются физические явления, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни: процессы охлаждения и нагревания жидкостей, газов, что приводит к уменьшению или увеличению их объема. Как известно, чем проще механизм, тем он надежней, и, что немаловажно, его легче ремонтировать.
  • Автономность. Одним из наиважнейших преимуществ является автономность. При помощи транспортных средств человек может не ограничивать себя в передвижении. Это возможно благодаря тому, что двигатель может быть установлен на любой платформе. Он самодостаточен и не требует постоянной связи с какими-либо дополнительными источниками энергии.
  • Эффективность. На сегодняшний день это одна из самых эффективных разновидностей двигателей. Поэтому применение очень обширно: начиная с газонокосилки или бензопилы, и заканчивая современными автомобилями, электростанциями, космическими ракетами.
  • Источник энергии. Тепловые машины используются в качестве источника электроэнергии. Это могут быть как маленькие генераторы, обеспечивающие электричеством отдельно взятый дом, так и большие электростанции, которые снабжают целые города. Поэтому можно сказать, что другие типы двигателей, например электродвигатели, в какой-то степени зависят от тепловых.
  • Компактность. Благодаря высокой эффективности тепловые двигатели, при относительно небольших габаритах, обладают хорошими характеристиками. Это также послужило причиной их широкого распространения во всех сферах человеческой жизни.

«Экологические проблемы» — Яндекс Кью

Сообщества

Экологические проблемы

Стать экспертом

  • Популярные
  • Открытые
  • Все вопросы
  • Посты и опросы16
  • Новые ответы

Анатолий Ямсков

История

2г

7,5 K

научный работник

Анонимный вопрос  · 2 ответа

Глобальное потепление, начавшееся с конца XX в. – бесспорный факт. Но вот с его истинными причинами пока ещё далеко не всё ясно. Например, какова реальная роль выбросов появляющегося… Читать далее

Лучший

Пентапласт2г

781

Олег ЯковлевКомпания «Пентапласт»

спрашиваетL.  · 6 ответов

Почти в каждом городе есть пункт приема вторичного сырья. В таких пунктах принимают использованные батарейки, пластик, полиэтилен, резиновые шины, использованные батарейки. Чтобы найти… Читать далее

Первый

Галина Сухая2г

254

спрашиваетЕлена Белова  · 5 ответов

Норникелю ничего не будет кроме маленьких штрафов,может посадят пару стрелочников низкого ранга ,которые то ничего сами не решают. Один вопрос интересует ,а как же была поверка очередная… Читать далее

Александр Раммер4г

2,2 K

Увлекаюсь историей, публицистикой и компьютерными играми, а также понемногу всем остальным.

спрашиваетАлексей Зеткин  · 2 ответа

Во-первых, тепловые двигатели для работы используют кислород, что уменьшает его содержание в атмосфере в процентном соотношении. Во многих развитых странах такие двигатели уже сжигают… Читать далее

1 эксперт согласен

1 эксперт не согласен

Достоверно

Экология

1г

2,1 K

Анатолий Ямсковнаучный работник

Для меня экологическая проблема — это какая-то нерешённая научная задача, так как… Развернуть

спрашиваетКонстантин Бенкен  · 4 ответа

Экологические проблемы в биоэкологии, или в собственно экологии как части биологической науки – всё то, что разрушает естественно сложившиеся к нашим дням взаимосвязи живых организмов… Читать далее

2 эксперта согласны

Шаронлайн.ру3г

819

Анатолий СМаркетинг, реклама

спрашивает дмитрий гребнев  · 2 ответа

Хорошие погодные условия, низкая скорость ветра, также сильно влияет качество воздушного шара. В зависимости от качества и плотности материала, количества гелия внутри шарика, он может… Читать далее

Галактик1г

36

Общий для всех людей смысл жизни,the meaning of life, истина о Всевышнем Творце,истинная религия,вселенная, человек,эта жизнь,жизнь вечная

На ближайших планетах жизни нет и экология там никому не нужна, так почему бы не… Развернуть

Анонимный вопрос  · 9 ответов

Это не поможет человечеству. Во-первых это аморально засорять другие планеты, во-вторых мусор «вернётся» обратно. По моему есть единственное решение этой проблемы-это избавиться от… Читать далее

Даниил2г

2,4 K

спрашиваетПетр Смирнов  · 2 ответа

Листву убирать не рекомендуется, так как она несет защитные функции для корней деревьев и кустарников от промерзания и является источником органического питания. Под листвой заводятся… Читать далее

Алексей В.3г

4,2 K

спрашиваетИнфoTV  · 1 ответ

— Плохие климатические условия. Растительный мир на этой территории гибнет из-за сложных погодных условий с преобладанием низкой температуры окружающей среды.
— Тонкий слой плодородной… Читать далее

Никита Подерягин

1г

1,7 K

шеф-повар ресторан björn

спрашиваетДаниил Вулих  · 2 ответа

Приведу простой пример:
Из за загрязнения нашего мусора органикой в последующем нет никакой возможности переработать этот самый мусор (в лучшем случае сжечь, но и то не весь, да и сам… Читать далее

Загрязнение воздуха: фактор тепла

Увеличение смертности из-за волн тепла широко изучалось. Например, по оценкам, во время аномальной жары 2003 года в Европе произошло 70 000 дополнительных смертей. Увеличение частоты и интенсивности периодов сильной жары, прогнозируемое на предстоящее столетие, является серьезной проблемой для здравоохранения.

Воздействие загрязнения воздуха на здоровье – еще один важный вопрос. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в 2012 году 7 миллионов преждевременных смертей во всем мире были вызваны загрязнением воздуха.

Жара опасна для здоровья. Загрязнение воздуха угрожает здоровью. Но почему предупреждения о жаре и загрязнении воздуха часто совпадают?

Жара может увеличить загрязнение воздуха тремя способами:

  1. В жаркую погоду первичные источники загрязняющих веществ имеют тенденцию к увеличению
  2. Солнце и тепло могут преобразовать первичные загрязнители воздуха во вторичные загрязнители, которые могут быть еще более токсичными
  3. Часто приходят волны тепла с высоким атмосферным давлением, что создает застойный слой воздуха над уровнем земли. Когда это происходит в городах, загрязнители воздуха остаются захваченными, а плотность загрязняющих веществ увеличивается

Давайте теперь погрузимся в эти тройные воздействия.

1- Тепло увеличивает выбросы первичных загрязняющих веществ

Тепло приводит к большему потреблению энергии для кондиционирования воздуха в зданиях и автомобилях, и это дополнительное потребление энергии приводит к большему загрязнению воздуха.

Изменение климата с более длительными теплыми периодами также может привести к увеличению производства растительных аллергенов, таких как пыльца (источник отчета Белого дома США).

Другие побочные эффекты тепла могут увеличить загрязнение воздуха, например, лесные пожары, которые производят большое количество частиц; это загрязнение может достигать густонаселенных районов, переносясь ветром.

2- Солнце и тепло преобразуют и ухудшают загрязнение воздуха

Солнечный свет и высокая температура вызывают химические реакции между первичными загрязнителями воздуха, такими как оксиды азота (выбрасываемые двигателями) и кислородом, вызывая химическую реакцию с образованием озона. Чем жарче день и интенсивнее солнце, тем больше образуется озона.
Озон является очень активным окислителем, который усугубляет заболевания легких, такие как астма, и может вызвать затруднение дыхания даже у здоровых людей.

Тепло и солнце также превращают первичные частицы во вторичные, более мелкие частицы, которые могут быть более токсичными.
 Эти вторичные частицы, фотохимически образующиеся под действием солнечного света, имеют решающее значение: они распространены повсеместно и могут составлять до 90 процентов (по количеству) от общего количества твердых частиц. Вторичные частицы меньше одной тысячной миллиметра (очень мелкие частицы) и даже меньше (сверхмелкие частицы). Они могут проникать глубоко в дыхательные пути легких при вдыхании и даже проникать в кровь.
Группа исследователей из Университета Берна (Швейцария) недавно показала, что вторичные частицы от сгорания бензина в двигателях непосредственно повреждают легочную ткань, а также ослабляют ее защитную систему в результате своих физических и химических свойств — легочная ткань может быть повреждена , а болезнетворные микроорганизмы (вирусы, бактерии) могут легче попасть в легкие. Особому риску подвержены астматики.

Сверхмелкие частицы настолько малы и легки, что их доля в известном измерении PM2,5 незначительна. Однако они являются критическим фактором загрязнения атмосферного воздуха.

«Сверхтонкие частицы составляют 80% частиц в воздухе городов», — говорит Франслин Марано, профессор биологии Университета Париж-Дидро. «Но у нас нет технологии для их точного измерения. Вот почему в настоящее время нет правил для сверхмелких частиц».

3- Высокое атмосферное давление удерживает загрязнение воздуха на уровне земли, повышая его уровень

Жара и плохое качество воздуха часто идут рука об руку, поскольку длительное высокое давление создает застойную среду. При слабом ветре и отсутствии осадков загрязняющие вещества не очищаются от воздуха, а накапливаются прямо над уровнем земли.
При плохом качестве воздуха у людей может наблюдаться резкое ухудшение состояния с одышкой, чувством, что они не могут отдышаться, стеснением в груди, кашлем от раздражения или даже бронхитом.

Наконец, глобальное потепление и загрязнение воздуха в совокупности представляют собой серьезную проблему для общественного здравоохранения.

За последние три десятилетия процент американцев, страдающих астмой, увеличился более чем вдвое, а изменение климата увеличивает риск попадания этих американцев в больницу. Уже более 8 процентов американцев живут с астмой, в том числе более 9% детей. Фактически, астма является третьей ведущей причиной госпитализации детей.

Информация о качестве воздуха и новости от TEQOYA

Как работает ионизатор воздуха?