TERMISK FORURENING: EGENSKABER, KONSEKVENSER, EKSEMPLER - MILJØ

Den termiske forurening opstår, når en eller anden faktor forårsager uønsket eller skadelig ændring i omgivelsernes temperatur. Det miljø, der er mest påvirket af denne forurening, er vand, men det kan også påvirke luft og jord.

Den gennemsnitlige temperatur i miljøet kan ændres både af naturlige årsager og af menneskelige handlinger (menneskeskabte). Naturlige årsager inkluderer uprovokeret skovbrande og vulkanudbrud.

Jordens overfladetemperatur. Kilde:

Blandt de menneskeskabte årsager er produktionen af elektrisk energi, produktionen af drivhusgasser og industrielle processer. Ligeledes bidrager køle- og klimaanlæg.

Det mest relevante termiske forureningsfenomen er global opvarmning, hvilket indebærer en stigning i den gennemsnitlige planettemperatur. Dette skyldes den såkaldte drivhuseffekt og nettobidraget fra restvarme fra mennesker.

Den aktivitet, der genererer den mest termiske forurening, er produktion af elektricitet fra forbrænding af fossile brændstoffer. Forbrænding af kul eller olieprodukter diffunderer varme og producerer CO2, den vigtigste drivhusgas.

Termisk forurening forårsager fysiske, kemiske og biologiske ændringer, der har en negativ indvirkning på biodiversiteten. Den mest relevante egenskab ved høje temperaturer er dens katalytiske kraft og inkluderer de metaboliske reaktioner, der forekommer i levende organismer.

Levende væsener kræver betingelser med en vis amplitude af variation i temperatur for at overleve. Det er af denne grund, at enhver ændring af denne amplitude kan indebære fald i populationer, deres migration eller deres udryddelse.

På den anden side påvirker termisk forurening direkte menneskers sundhed, der forårsager varmeudmattelse, varmechok og forværrer hjerte-kar-sygdomme. Derudover får global opvarmning tropiske sygdomme til at udvide deres geografiske handlingsområde.

Forebyggelse af termisk forurening kræver ændring af de økonomiske udviklingsformer og det moderne samfunds vaner. Dette indebærer igen implementering af teknologier, der reducerer den termiske påvirkning af miljøet.

Nogle eksempler på termisk forurening er præsenteret her, såsom Santa María de Garoña-kernekraftværket (Burgos, Spanien), der opererede mellem 1970 og 2012. Dette kraftværk dumpede varmt vand fra sit kølesystem i Ebro-floden og øgede sin naturlige temperatur med op til 10 ºC.

Et andet karakteristisk tilfælde af termisk forurening tilvejebringes ved brug af klimaanlæg. Spredning af disse systemer for at reducere temperaturen øger temperaturen i en by som Madrid med op til 2 ° C.

Endelig returneres det positive tilfælde af et margarineproducerende firma i Peru, der bruger vand til at afkøle systemet og det resulterende varmt vand, til havet. Således formåede de at spare energi, vand og reducere bidraget fra varmt vand til miljøet.

egenskaber

- Varme og termisk forurening

Termisk forurening stammer fra omdannelse af andre energier, da al energi, når den udsættes genererer varme. Dette består af accelerationen af bevægelsen af partiklerne i mediet.

Derfor er varme en overførsel af energi mellem to systemer, der er ved forskellige temperaturer.

Temperatur

Temperatur er en mængde, der måler et systems kinetiske energi, det vil sige den gennemsnitlige bevægelse af dets molekyler. Nævnte bevægelse kan være af oversættelse som i en gas eller vibrationer som i et fast stof.

Det måles med et termometer, hvoraf der er forskellige typer, hvor det mest almindelige er udvidelsen og det elektroniske.

Ekspansionstermometeret er baseret på ekspansionskoefficienten for visse stoffer. Disse stoffer strækker sig, når de opvarmes, og deres stigning markerer en gradueret skala.

Det elektroniske termometer er baseret på omdannelsen af termisk energi til elektrisk energi oversat i en numerisk skala.

Den mest almindelige anvendte skala er den, der er foreslået af Anders Celsius (ºC, grader Celsius eller celsius). I den svarer 0 ºC til frysepunktet for vand og 100 ºC til kogepunktet.

- Termodynamik og termisk forurening

Termodynamik er den gren af fysik, der studerer interaktioner mellem varme og andre former for energi. Termodynamik overvejer fire grundlæggende principper:

- To genstande med forskellige temperaturer udveksler varme, indtil de når ligevægt.

- Energi er hverken skabt eller ødelagt, den transformeres kun.

- En form for energi kan ikke transformeres fuldstændigt til en anden uden tab af varme. Og varmestrømmen vil være fra det hotteste medium til det mindst varme, aldrig omvendt.

- Det er ikke muligt at nå en temperatur lig med absolut nul.

Disse principper, der anvendes til termisk forurening, bestemmer, at enhver fysisk proces genererer varmeoverførsel og producerer termisk forurening. Desuden kan det produceres enten ved at øge eller sænke temperaturen på mediet.

Det vurderes, at stigningen eller faldet i temperaturen er forurenende, når det går ud over de vitale parametre.

- Vital temperatur

Temperatur er et af de grundlæggende aspekter for forekomsten af liv, som vi kender det. Området temperaturvariation, der tillader det meste af den aktive levetid varierer fra -18 ° C til 50 ° C.

Levende organismer kan eksistere i en latent tilstand ved temperaturer på -200 ºC og 110 ºC, men det er sjældne tilfælde.

Termofile bakterier

Visse såkaldte termofile bakterier kan eksistere ved temperaturer op til 100 ° C, så længe der er flydende vand. Denne tilstand forekommer ved højt tryk på havbunden i områder med hydrotermiske åbninger.

Dette fortæller os, at definitionen af termisk forurening i et medium er relativ og afhænger af mediets naturlige karakteristika. Ligeledes er det relateret til kravene fra de organismer, der bor i et givet område.

Menneske

Hos mennesker varierer den normale kropstemperatur fra 36,5 ºC til 37,2 ºC, og homeostatisk kapacitet (for at kompensere for eksterne variationer) er begrænset. Temperaturer under 0 ° C i lange perioder og uden kunstig beskyttelse forårsager død.

Ligeledes er temperaturer over 50 ºC på konstant basis meget vanskelige at kompensere på lang sigt.

- Termisk forurening og miljøet

I vand har termisk forurening en mere umiddelbar virkning, da varmen her spredes langsommere. I luften og på jorden har termisk forurening mindre kraftige virkninger, fordi varmen spreder hurtigere.

På den anden side er miljøets kapacitet til at sprede store mængder varme meget begrænset i små områder.

Katalytisk effekt af varme

Varme har en katalytisk effekt på kemiske reaktioner, det vil sige, at den accelererer disse reaktioner. Denne virkning er den vigtigste faktor, hvormed termisk forurening kan have negative følger for miljøet.

Således kan nogle få temperaturforskelle udløse reaktioner, der ellers ikke ville forekomme.

Årsager

- Global opvarmning

Jorden har gennemgået cyklusser med høje og lave gennemsnitstemperaturer gennem sin geologiske historie. I disse tilfælde var kilderne til stigningen i planetens temperatur af en naturlig karakter, såsom solen og geotermisk energi.

I øjeblikket er den globale opvarmningsproces forbundet med de aktiviteter, der udføres af mennesker. I dette tilfælde er hovedproblemet faldet i spredningshastigheden for den nævnte varme mod stratosfæren.

Dette sker hovedsageligt på grund af emission af drivhusgasser ved menneskelig aktivitet. Disse inkluderer industri, biltrafik og forbrænding af fossile brændstoffer.

Global opvarmning repræsenterer i dag den største og farligste proces med termisk forurening, der findes. Desuden tilføjer varmeemissionen fra den globale anvendelse af fossile brændstoffer yderligere varme til systemet.

- Termoelektriske anlæg

Et termoelektrisk anlæg er et industrikompleks designet til at producere elektricitet fra brændstof. Nævnte brændstof kan være fossil (kul, olie eller derivater) eller et radioaktivt materiale (for eksempel uran).

Endesa As Pontes termoelektriske kraftværk (Spanien). Kilde: Billede leveret af ☣Banjo

Dette system kræver afkøling af turbiner eller reaktorer, og til dette vand bruges. I kølesekvensen trækkes et stort volumen vand ud fra en praktisk, kold kilde (en flod eller havet).

Derefter tvinger pumpene det gennem rør, der er omgivet af den varme udstødningsdamp. Varmen går fra dampen til kølevandet, og det opvarmede vand returneres til kilden, hvilket bringer overskydende varme til det naturlige miljø.

- Skovbrand

Skovbrande er i dag et almindeligt fænomen, der i mange tilfælde skyldes direkte eller indirekte af mennesker. Forbrænding af store skovmasser overfører enorme mængder varme hovedsageligt til luften og jorden.

- Klimaanlæg og kølesystemer

Airconditionanordninger ændrer ikke kun temperaturen i det indendørs område, men forårsager også ubalance i det udendørs område. For eksempel spreder klimaanlæg 30% mere ud end den varme, de udvindes indefra.

Ifølge Det Internationale Energiagentur er der omkring 1.600 millioner klimaanlæg i verden. Ligeledes frembringer køleskabe, køleskabe, kældre og alt udstyr designet til at sænke temperaturen i et lukket område termisk forurening.

- Industrielle processer

Faktisk involverer alle industrielle transformationsprocesser overførsel af varme til miljøet. Nogle industrier gør det i særligt høje satser, såsom gasafvævning, metallurgi og glasproduktion.

Flydende gasser

Regasificerings- og kondensationsindustrierne i forskellige industrielle og medicinske gasser kræver køleprocesser. Disse processer er endotermiske, det vil sige, de optager varme ved at afkøle det omgivende miljø.

Til dette bruges vand, der returneres til miljøet ved en lavere temperatur end den oprindelige.

metallurgiske

Hovedsmeltningsovne udsender varme til miljøet, da de når temperaturer over 1.500 ºC. På den anden side bruger afkølingsprocesserne materialer vand, der kommer tilbage i miljøet ved en højere temperatur.

Glasproduktion

I smelte- og støbeprocesserne af materialet nås temperaturer op til 1.600 ºC. I denne forstand er den termiske forurening, der genereres af denne industri, betydelig, især i arbejdsmiljøet.

- Belysningssystemer

Glødelamper eller spotlights og lysstofrør spreder energi i form af varme til miljøet. På grund af den høje koncentration af lyskilder i byområder bliver dette en kilde til betydelig termisk forurening.

- Forbrændingsmotorer

Forbrændingsmotorer, ligesom dem i biler, kan generere omkring 2.500 ºC. Denne varme afledes til miljøet gennem kølesystemet, specifikt gennem radiatoren.

Under hensyntagen til, at hundreder af tusinder af køretøjer cirkulerer dagligt i en by, er det muligt at udlede mængden af overført varme.

- Bycentre

I praksis er en by en kilde til termisk forurening på grund af eksistensen i den af mange af de allerede nævnte faktorer. En by er imidlertid et system, hvis termiske virkning danner en varmeø inden for rammerne af dens omgivelser.

Varme øer i Spanien. Kilde: Galjundi7

Albedo-effekt

Albedo henviser til et objekts evne til at reflektere solstråling. Ud over det kaloriske bidrag, som hvert element, der findes (biler, hjem, industrier) kan yde, udøver bystrukturen en betydelig synergi.

For eksempel har materialer i bycentre (hovedsageligt beton og asfalt) en lav albedo. Dette får dem til at blive meget varme, hvilket sammen med den varme, der udsendes ved aktivitet i byen, øger den termiske forurening.

Nettobidrag fra byvarme

Forskellige undersøgelser har vist, at varmeudvikling ved menneskelige aktiviteter i løbet af en varm dag i en by kan være meget høj.

For eksempel er der i Tokyo et nettovarmetilførsel på 140 W / m2, svarende til en stigning i temperaturen på cirka 3 ºC. I Stockholm anslås nettobidraget til 70 W / m2, svarende til en temperaturstigning på 1,5 ºC.

Konsekvenser

- Ændringer i vandets fysiske egenskaber

Stigningen i vandtemperatur som følge af termisk forurening medfører fysiske ændringer i den. For eksempel reducerer det opløst ilt og øger koncentrationen af salte, der påvirker akvatiske økosystemer.

I vandmasser, der er udsat for sæsonbestemte ændringer (vinterfrysning), ændrer tilføjelse af varmt vand den naturlige frysningshastighed. Dette påvirker igen de levende ting, der er tilpasset den sæsonbestemthed.

- Indvirkning på biodiversiteten

Akvatisk liv

I termoelektriske anlægskølesystemer producerer eksponering for høje temperaturer fysiologisk chok for visse organismer. I dette tilfælde påvirkes planteplankton, dyreplankton, æg og larver af plankton, fisk og hvirvelløse dyr.

Mange vandlevende organismer, især fisk, er meget følsomme over for vandtemperatur. I samme art varierer det ideelle temperaturområde afhængigt af akklimatiseringstemperaturen for hver specifik population.

På grund af dette forårsager temperaturvariationer forsvinden eller migrationen af hele befolkningen. Således kan udledningsvandet fra et termoelektrisk anlæg øge temperaturen med 7,5-11 ºC (ferskvand) og 12-16 ºC (saltvand).

Dette varmechok kan føre til hurtig død eller fremkalde bivirkninger, der påvirker befolkningens overlevelse. Blandt andre effekter reducerer opvarmning af vandet det opløste ilt i vandet, hvilket forårsager hypoxiske problemer.

Eutrofiering

Dette fænomen påvirker alvorlige akvatiske økosystemer og skaber endda livets forsvinden i dem. Det begynder med spredning af alger, bakterier og vandplanter som et resultat af kunstige bidrag af næringsstoffer til vandet.

Efterhånden som populationerne af disse organismer stiger, forbruger de opløst ilt i vandet og forårsager død af fisk og andre arter. Forøgelse af vandtemperaturen bidrager til eutrofiering ved at reducere opløst ilt og koncentrere salte, hvilket favoriserer vækst af alger og bakterier.

Terrestrisk liv

I tilfælde af luft påvirker variationer i temperatur fysiologiske processer og artens opførsel. Mange insekter mindsker deres fertilitet ved temperaturer over visse niveauer.

Ligeledes er planter følsomme over for temperatur for deres blomstring. Global opvarmning får nogle arter til at udvide deres geografiske rækkevidde, mens andre ser det begrænset.

- Menneskets sundhed

Hedeslag

Usædvanligt høje temperaturer påvirker menneskers sundhed, og der kan forekomme såkaldt termisk chok eller heteslag. Dette består af akut dehydrering, der kan forårsage lammelse af forskellige vitale organer og endda føre til død.

Varmebølger kan forårsage hundreder og endda tusinder af mennesker som i Chicago (USA), hvor i 1995 døde cirka 700 mennesker. I mellemtiden har varmebølgerne i Europa mellem 2003 og 2010 forårsaget tusinder af menneskers død.

Hjertesygdomme

På den anden side påvirker høje temperaturer sundheden for mennesker med hjerte-kar-sygdomme negativt. Denne situation er især alvorlig i tilfælde af hypertension.

Pludselige temperaturændringer

Pludselige variationer i temperatur kan svække immunsystemet og gøre kroppen mere modtagelig for luftvejssygdomme.

Hygiejne og arbejdsmiljø

Termisk forurening er en erhvervsmæssig sundhedsfaktor i nogle industrier, for eksempel metallurgi og glas. Her udsættes arbejdstagere for strålevarme, der kan forårsage alvorlige sundhedsmæssige problemer.

Selvom der naturligvis træffes sikkerhedsforanstaltninger, er termisk forurening betydelig. Forholdene inkluderer varmeudmattelse, varmechok, ekstreme udstrålede varmeforbrændinger og fertilitetsproblemer.

Tropiske sygdomme

Stigningen i den globale temperatur medfører, at sygdomme, der hidtil er begrænset til visse tropiske områder, udvider deres handlingsradius.

I april 2019 blev den 29. europæiske kongres for klinisk mikrobiologi og infektionssygdomme afholdt i Amsterdam. I dette tilfælde blev det påpeget, at sygdomme som chikungunya, dengue eller leishmaniasis kan sprede sig til Europa.

Tilsvarende kan tick-båret encephalitis blive påvirket af det samme fænomen.

Sådan forhindres det

Målet er at reducere nettobidrag fra varme til miljøet og forhindre, at den producerede varme bliver fanget i atmosfæren.

- Brug af mere effektive energikilder og teknologier til produktion af elektricitet

Energikilder

Termoelektriske anlæg medfører det største bidrag fra termisk forurening med hensyn til netto varmeoverførsel til atmosfæren. I denne forstand er det vigtigt at erstatte fossile brændstoffer med rene energier for at reducere termisk forurening.

Sol-, vind- (vind) og vandkraft (vand) energiproduktionsprocesser skaber meget lave restvarmeindgange. Det samme sker med andre alternativer som bølgeenergi (bølger) og geotermisk (varme fra jorden),

teknologier

Termoelektriske anlæg og industrier, hvis processer kræver kølesystemer, kan bruge lukkede systemer. Mekaniske varmediffusionssystemer kan også indbygges for at hjælpe med at reducere vandtemperaturen.

- Kogenerering

Kraftvarmeproduktion består af samtidig produktion af elektrisk energi og nyttig termisk energi såsom damp eller varmt vand. Til dette er der udviklet teknologier, der gør det muligt at genvinde og drage fordel af den spildvarme, der genereres i industrielle processer.

F.eks. Udvikler INDUS3ES-projektet, der finansieres af Europa-Kommissionen, et system baseret på en "varmetransformator". Dette system er i stand til at absorbere restvarme ved lav temperatur (70 til 110 ºC) og returnere det til en højere temperatur (120-150 ºC).

Andre dimensioner af kraftproduktion

Mere komplekse systemer kan omfatte andre dimensioner af energiproduktion eller transformation.

Blandt disse har vi trigeneration, der består af at inkorporere køleprocesser ud over produktion af elektricitet og varme. Hvis der desuden genereres mekanisk energi, kaldes det tetragenerering.

Nogle systemer er CO2-fælder ud over at producere elektricitet, termisk og mekanisk energi, i hvilket tilfælde vi taler om fire-generation. Alle disse systemer bidrager også til at reducere CO2-emissioner.

- Reducer udledningen af drivhusgasser

Da global opvarmning er fænomenet med termisk forurening med den største indflydelse på planeten, er det afbødende nødvendigt. For at opnå dette er det vigtigste at reducere drivhusgasemissioner, herunder CO2.

Reduktion af emissioner kræver en ændring i mønsteret for økonomisk udvikling ved at erstatte fossile energikilder med ren energi. Faktisk reducerer dette emissionen af drivhusgasser og produktionen af spildvarme.

- Kølevandsafkølingsperiode

Et alternativ, der bruges af nogle termoelektriske anlæg, er konstruktion af afkølingsdamme. Dets funktion er at hvile og afkøle vandet fra kølesystemet, før de returneres til deres naturlige kilde.

Eksempler på termisk forurening

Brayton termoelektriske kraftværk (USA). Kilde: Wikimaster97commons

Santa María de Garoña atomkraftværk

Atomkraftværker producerer elektrisk energi fra nedbrydning af radioaktivt materiale. Dette genererer meget varme, hvilket kræver et kølesystem.

Atomkraftværket Santa María de Garoña (Spanien) var et kraftproduktionsanlæg af typen BWR (kogende vandreaktor), der blev indviet i 1970. Dets kølesystem brugte 24 kubikmeter vand pr. Sekund fra Ebro-floden.

I henhold til det originale projekt ville spildevandet, der vendte tilbage til floden, ikke overstige 3 ºC med hensyn til flodtemperaturen. I 2011 fandt en Greenpeace-rapport, der blev bekræftet af et uafhængigt miljøfirma, meget højere temperaturstigninger.

Vandet i området med spildet nåede 24 ºC (6,6 til 7 ºC naturligt flodvand). Derefter overskred det fire kilometer nedstrøms for spildområdet 21 ºC. Anlægget ophørte med drift den 16. december 2012.

Klimaanlæg i Madrid (Spanien)

I byer er der flere og flere klimaanlæg, der reducerer den omgivende temperatur i den varme sæson. Disse enheder fungerer ved at udtrække varm luft indefra og sprede den udefra.

De er generelt ikke meget effektive, så de diffunderer endnu mere varme udenfor, end de udvindes indefra. Disse systemer er derfor en relevant kilde til termisk forurening.

I Madrid hæver det klimaanlæg, der findes i byen, omgivelsestemperaturen med op til 1,5 eller 2 ºC.

Et positivt eksempel: margarineproduktionsanlæg i Peru

Margarin er en erstatning for smør opnået ved hydrogenering af vegetabilske olier. Hydrogenering kræver mættet vegetabilsk olie med brint ved høje temperaturer og tryk.

Denne proces kræver et vandbaseret kølesystem til at opsamle den producerede spildvarme. Vand absorberer varme og hæver sin temperatur og returneres derefter til miljøet.

I en peruansk margarinproducerende virksomhed forårsagede en strøm af varmt vand (35 ºC) termisk forurening i havet. For at modvirke denne effekt implementerede virksomheden et kraftvarmeanlæg baseret på et lukket kølekredsløb.

Gennem dette system var det muligt at genbruge det varme vand til at forvarme vandet ind i kedlen. På denne måde blev vand og energi gemt, og strømmen af varmt vand til havet blev reduceret.

Referencer

Burkart K, Schneider A, Breitner S, Khan MH, Krämer A og Endlicher W (2011). Effekten af atmosfæriske termiske forhold og byens termiske forurening på al-årsagen og hjerte-kar-dødelighed i Bangladesh. Miljøforurening 159: 2035–2043.
Coutant CC og Brook AJ (1970). Biologiske aspekter af termisk forurening I. Forstyrrelse og afladning kanalvirkninger ∗. CRC kritiske anmeldelser i miljøkontrol 1: 341–381.
Davidson B og Bradshaw RW (1967). Termisk forurening af vandsystemer. Miljøvidenskab og teknologi 1: 618–630.
Dingman SL, Uger WF og Yen YC (1968). Virkningerne af termisk forurening på forholdene ved flodis. Forskning i vandressourcer 4: 349–362.
Galindo RJG (1988). Forurening i kystøkosystemer, en økologisk tilgang. Det autonome universitet i Sinaloa, Mexico. 58 s.
Indus3Es-projekt. (Set den 12. august 2019). indus3es.eu
Nordell B (2003). Termisk forurening forårsager global opvarmning. Globale og planetariske ændringer 38: 305–12.

TERMISK FORURENING: EGENSKABER, KONSEKVENSER, EKSEMPLER - MILJØ - 2025