7. Какова динамика роста промыш. производства, потребления сырья и энергии и кол-ва отходов?
Анализ развития производств и динамики потребления сырья и образования отходов привели выводу о том, что дальнейшее развитие производств не может осуществляться на базе сложившихся традиционных экстенсивных технологических процессов без учёта экологических ограничений и требует принципиально нового подхода. Этот подход, получивший название «безотходная технология», а позднее «чистая технология», основой которого является цикличность материальных потоков, подсказан самой природой. Академик И. В. Петрянов-Соколов провел кропотливое и тщательное исследование развития промышленности и объемов использования природных ресурсов. Как показал анализ этого огромного статистического материала (с 1909 г.), объем мирового промышленного производства увеличивается по экспоненциальному закону. Количество перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов также возрастает экспоненциально. А это означает, что человечество все больше и больше работает на производство отходов. На тот период только около 1-2% сырьевых материалов переходило в конечную продукцию, а остальные 98-99% превращались в отходы, зачастую весьма токсичные. Никогда раньше человек не добывал из Земли так много сырья, как в наше время. Подсчитано, что на каждого жителя развитых стран уже приходится не менее 20 т/год добываемого минерального сырья. Еще более примечательно то, что расходы на обезвреживание и переработку отходов уже теперь, когда деятельность людей в этом направлении практически только начинается, также возрастают экспоненциально и уже сейчас составляют 8-10% стоимости производимой продукции. С некоторым приближением можно принять, что все три процесса могут быть описаны уравнением
А = Вni
где А - объем производства или используемого сырья, количество образующихся отходов либо затраты на их обезвреживание и переработку, В - постоянная величина, ni = 1,2,3 - показатели трех упомянутых экспонент, причем n3>n2>n1.
Идея многократного, цикличного, экономного использовать материальных ресурсов уже не только широко обсуждается во всем мире, но в большинстве стран нашла широкое практическое применение. Так, в развитых капиталистических странах степень повторного использования свинца составляет не менее 65%, железа - 60, меди - более 40, никеля - 40, алюминия - 33, цинка - 32% и т.д. В нашей стране эти цифры значительно скромнее. За счет использования вторичного сырья производится 30% стали и 20% цветных металлов. Необходимо также отметить, что энергоемкость производства алюминия из вторичного сырья в 20 раз, а стали в 10 раз ниже, чем энергоемкость их производства из первичного сырья. Можно подсчитать, что если запасы возрастут в 10 раз, то обеспеченность сырьем производства увеличится всего в 2,5-3 раза. В случае рециркуляции 50% металлов из сферы потребления в сферу производства обеспеченность важнейшими металлами возрастает в 3-3,5 раза, а при 95-98%-ной степени рециркуляции - в 5-7 раз. В конечном итоге основным для промышленного производства должно стать вторичное сырьё. Такая тенденция уже существует. Так, в нашей стране 25-30 лет назад в готовую продукцию переходило всего 1-2% используемых сырьевых материалов, 15-20 лет назад - от 5 до 10%.
8. Место техногенного кругооборота веществ в биогеохимическом кругообороте
Управление рациональным природопользованием в рамках отраслевой структуры, влияющей на окружающую среду, начинается с оценки прямых и косвенных затрат ОС. Это выражено при наличии экологического контроля и мониторингов ПТГ, возможности проведения ЭЭЭ проектов, паспортизации производственных и соответствующих проектов обезвреживания и утилизации отходов при достижении эффективности природоохранных и ресурсосберегающих технологий. С этой целью мы остановимся на ряде проблем, необходимых к срочному разрешению. В природных экосистемах производство и разложение сбалансированы, в них нет отходов: отходы одних организмов служат средой обитания для других и таким образом осуществляется практически замкнутый кругооборот веществ в природе. В природных экосистемах около 90% энергии расходуется на разложение и возвращение веществ в биогеохимический кругооборот. В социально-экономических системах около 90% материальных ресурсов переходит в отходы, а основное количество энергии используется в производстве и потреблении. Поэтому главной задачей промышленной экологии является нахождение путей для рационального использования природных ресурсов, предотвращения их исчерпания, деградации и загрязнения окружающей среды, а в конечном итоге - совмещение техногенного и биогеохимического кругооборотов веществ.
9. Как изменяется энтропия при сжигании угля и при фотосинтезе?
При наличии вращения устанавливается стационарное состояние, далекое от равновесия с солнечным излучением. Температура в этом состоянии в течение суток совершает небольшие колебания вокруг значения, меньшего единицы. Таким образом, вращение обеспечивает прерывание процесса нагрева и дополнительное охлаждение планеты, что и приводит к уходу неизолированной системы от равновесного состояния с излучением.
Соответственно энтропия планеты без биосферы при отсутствии вращения стремится к максимуму, соответствующему термодинамическому равновесию с излучением. При наличии же вращения энтропия стремится к меньшему стационарному значению.
При наличии вращения энтропия планеты с биосферой возрастает только в первые моменты времени, пока температура возрастает. Как только температура выходит на постоянный уровень, энтропия, совершая суточные колебания, уменьшается линейно со временем. Это происходит благодаря реакции фотосинтеза, осуществляемой биосферой.
Изменение энтропии измеряется в единицах максимально возможного ее изменения при отсутствии вращения и реакции фотосинтеза, время – в десятках суток.
Линейный закон уменьшения энтропии в данной модели обязан лишь сделанному допущению о линейности роста массы глюкозы. Если рост массы биосферы прекращается из-за конечности ресурсов планеты, то энтропия биосферы также выйдет на стационарный уровень. Вывод о возможности уменьшения энтропии в неизолированной системе с потоками тепла через границу под действием двух регулярных факторов : вращения и реакции фотосинтеза, - сделан в следующих упрощающих предположениях : независимость теплоемкости от температуры, постоянство давления; равенство температур реагирующих компонент; заданная постоянная скорость химической реакции вместо учета химической кинетики; применение уравнения состояния идеального газа к воде и глюкозе. Учет отличия уравнения состояния для воды и глюкозы от уравнения состояния идеального газа лишь улучшит ситуацию, т.к. энтропия жидкостей меньше энтропии газов. Детальным учетом кинетики реакции фотосинтеза можно пренебречь, т.к. нас интересует только изменение энтропии системы, а ни одно из вспомогательных веществ не расходуется и не вносит вклад в это изменение. Модель работает, когда ресурсы системы можно считать неограниченными, т.е. на начальной стадии процесса формирования биосферы.
10. В чем суть концепции безотходных или чистых производств?
Безотходная технология - это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования». Под малоотходным понимается такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами; при этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение. Термин чистое производство был введен на заседании рабочей группы ЮНЕП/ИЕО в 1989 г. Было дано следующее определение чистого производства: «это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды.