Scienze della Terra

Obiettivi della lezione

• Descrivi i principali modi in cui l’uso di energia può essere ridotto.
• Discutere le nuove tecnologie che sono in fase di sviluppo per ridurre gli inquinanti atmosferici, compresi i gas serra.
• Descrivere la differenza tra porre limiti alle emissioni e ridurre le emissioni.,

il Vocabolario

• biocarburanti
• cap-and-trade
• il sequestro di carbonio
• carbon tax
• catalyst
• convertitore catalitico
• celle a combustibile
• gassificazione
• veicolo ibrido

Introduzione

Il Clean Air Act del 1970 e gli emendamenti che da allora hanno fatto un ottimo lavoro che richiedono la gente a pulire l’aria negli Stati Uniti. Le emissioni dei sei principali inquinanti regolati dal Clean Air Act, monossido di carbonio, piombo, ossidi di azoto, ozono, anidride solforosa e particolato, sono diminuite di oltre il 50%., Automobili, centrali elettriche e fabbriche rilasciano individualmente meno inquinamento rispetto alla metà del 20 ° secolo. Ma ci sono molte più automobili, centrali elettriche e fabbriche. Molti inquinanti sono ancora in fase di rilascio e alcune sostanze sono state trovate come inquinanti che non erano noti per essere inquinanti in passato. C’è ancora molto lavoro da fare per continuare a ripulire l’aria.

Modi per ridurre l’inquinamento atmosferico

Come può essere ridotto l’inquinamento atmosferico? Usare meno combustibili fossili è un modo per ridurre l’inquinamento., Alcuni esempi di modi per conservare i combustibili fossili sono:

• Andare in bicicletta o camminare invece di guidare.
• Prendere un autobus o carpooling.
• L’acquisto di una macchina che ha una maggiore efficienza del carburante.
• Spegnere le luci e gli apparecchi quando non sono in uso.
• Utilizzando ad alta efficienza energetica lampadine ed elettrodomestici.
• L’acquisto di un minor numero di cose che sono fabbricati utilizzando combustibili fossili.

Tutte queste azioni riducono la quantità di energia che le centrali elettriche devono produrre.

Lo sviluppo di fonti energetiche alternative è importante. Ripensa al capitolo, L’energia della Terra., Quali sono alcuni dei problemi che devono affrontare una più ampia adozione di fonti energetiche alternative?

• Le tecnologie per diverse fonti di energia alternativa, tra cui solare ed eolica, sono ancora in fase di sviluppo.
• Solare ed eolica sono ancora costosi rispetto all’utilizzo di combustibili fossili. La tecnologia ha bisogno di avanzare in modo che il prezzo scende.
• Alcune aree ottenere basse quantità di luce solare e non sono adatti per solare. Altri non hanno molto vento. È importante che le regioni sviluppino ciò che meglio si adatta a loro., Mentre il deserto sud-ovest avrà bisogno di sviluppare solare, le Grandi Pianure possono utilizzare l’energia eolica come fonte di energia. Forse alcune località si baseranno su centrali nucleari, anche se le attuali centrali nucleari hanno grossi problemi con la sicurezza e lo smaltimento dei rifiuti.

A volte gli approcci tecnologici sono ciò che è necessario.

I video di National Geographic che esplorano il risparmio energetico si trovano nei video ambientali, Energia: http://video.nationalgeographic.com/video/player/environment/.,

• Energia alternativa
• Celle a combustibile
• Energia solare

Ridurre l’inquinamento atmosferico da veicoli

Ridurre l’inquinamento atmosferico da veicoli può essere fatto in diversi modi.

• Abbattere gli inquinanti prima che vengano rilasciati nell’atmosfera. I veicoli a motore emettono meno inquinamento di un tempo a causa dei convertitori catalitici (figura sotto). I convertitori catalitici contengono un catalizzatore che accelera le reazioni chimiche e scompone gli ossidi di azoto, il monossido di carbonio e i COV., I convertitori catalitici funzionano solo quando sono caldi, quindi molti scarichi fuoriescono mentre l’auto si sta riscaldando.

• Rendere un veicolo più efficiente in termini di carburante. Veicoli più leggeri più aerodinamici hanno bisogno di meno energia. I veicoli ibridi hanno un motore elettrico e una batteria ricaricabile. L’energia che verrebbe persa durante la frenata viene incanalata nella ricarica della batteria, che quindi può alimentare l’auto., Il motore a combustione interna prende il sopravvento solo quando l’alimentazione della batteria è esaurita. Gli ibridi possono ridurre le emissioni auto del 90% o più, ma molti modelli non massimizzano la possibile efficienza del carburante del veicolo.

Un ibrido plug-in è collegato a una fonte di energia elettrica quando non è in uso, forse in un garage, per assicurarsi che la batteria sia carica. Gli ibridi plug-in funzionano per un tempo più lungo sull’elettricità e quindi sono meno inquinanti rispetto agli ibridi regolari. Ibridi plug-in stanno cominciando a diventare disponibili nel 2010.

• Sviluppare nuove tecnologie che non utilizzano combustibili fossili., Alimentare un’auto con qualcosa di diverso da un combustibile liquido a base organica è difficile. Una cella a combustibile converte l’energia chimica in energia elettrica. Le celle a combustibile a idrogeno sfruttano l’energia rilasciata quando idrogeno e ossigeno si uniscono per creare acqua (Figura sotto). Le celle a combustibile sono estremamente efficienti e non producono inquinanti. Ma lo sviluppo della tecnologia a celle a combustibile ha avuto molti problemi e nessuno sa quando o se diventeranno pratici.

Riduzione dell’inquinamento atmosferico industriale

Gli inquinanti vengono rimossi dai flussi di scarico delle centrali elettriche e degli impianti industriali prima che entrino nell’atmosfera. Le particelle possono essere filtrate e gli ossidi di zolfo e nitrico possono essere scomposti dai catalizzatori. La rimozione di questi ossidi riduce gli inquinanti che causano piogge acide.

Le particelle sono relativamente facili da rimuovere dalle emissioni utilizzando il movimento o l’elettricità per separare le particelle dai gas. Gli scrubber rimuovono le particelle e i gas di scarico dai gas di scarico utilizzando liquidi o materiali neutralizzanti (figura sotto)., I gas, come gli ossidi di azoto, possono essere suddivisi a temperature molto elevate.

La gassificazione è una tecnologia in via di sviluppo. Nella gassificazione, il carbone (raramente è un altro materiale organico utilizzato) viene riscaldato a temperature estremamente elevate per creare syngas, che viene quindi filtrato e l’energia continua a guidare un generatore. Syngas rilascia circa l ‘ 80% in meno di inquinamento rispetto alle normali centrali a carbone e anche i gas serra sono inferiori., Le centrali a carbone pulite non hanno bisogno di scrubber o altri dispositivi di controllo dell’inquinamento. Sebbene la tecnologia sia pronta, le centrali a carbone pulite sono più costose da costruire e gestire. Inoltre, il riscaldamento del carbone a temperature abbastanza elevate utilizza una grande quantità di energia, quindi la tecnologia non è efficiente dal punto di vista energetico. Inoltre, grandi quantità di gas serra CO2 vengono ancora rilasciate con la tecnologia del carbone pulito. Tuttavia, alcuni di questi impianti operano negli Stati Uniti e in tutto il mondo.,

Riduzione della distruzione dell’ozono

Una storia di successo nella riduzione degli inquinanti che danneggiano l’atmosfera riguarda le sostanze chimiche che distruggono l’ozono. Nel 1973, gli scienziati hanno calcolato che i CFC potrebbero raggiungere la stratosfera e rompersi. Ciò rilascerebbe atomi di cloro, che distruggerebbero l’ozono. Basandosi solo sui loro calcoli, gli Stati Uniti e la maggior parte dei paesi scandinavi hanno vietato i CFC nelle bombolette spray nel 1978.

Era necessaria una maggiore conferma del fatto che i CFC abbattono l’ozono prima di fare di più per ridurre la produzione di sostanze chimiche che distruggono l’ozono., Nel 1985, i membri del British Antarctic Survey riferirono che nelle tre sorgenti precedenti era stata riscontrata una riduzione del 50% dello strato di ozono sull’Antartide. Due anni dopo, il” Protocollo di Montreal sulle sostanze che riducono lo strato di ozono ” è stato ratificato dalle nazioni di tutto il mondo.

Il Protocollo di Montreal controlla la produzione e il consumo di 96 sostanze chimiche che danneggiano lo strato di ozono (Figura sotto). Le sostanze pericolose vengono gradualmente eliminate prima dalle nazioni sviluppate e un decennio dopo dalle nazioni in via di sviluppo. Le sostanze più pericolose vengono eliminate più rapidamente., I CFC sono stati per lo più eliminati gradualmente dal 1995, sebbene siano stati utilizzati nei paesi in via di sviluppo fino al 2010. Alcune delle sostanze meno pericolose non saranno eliminate gradualmente fino al 2030. Il protocollo richiede anche che le nazioni più ricche donino denaro per sviluppare tecnologie che sostituiranno queste sostanze chimiche.

Se i CFC non fossero stati eliminati gradualmente, entro il 2050 ci sarebbero stati 10 volte più casi di cancro della pelle rispetto al 1980. Il risultato sarebbe stato di circa 20 milioni di casi in più di cancro della pelle negli Stati Uniti e 130 milioni di casi a livello globale.

Poiché i CFC impiegano molti anni per raggiungere la stratosfera e possono sopravvivere lì a lungo prima di rompersi, il buco dell’ozono probabilmente continuerà a crescere per qualche tempo prima che inizi a ridursi. Lo strato di ozono raggiungerà gli stessi livelli che aveva prima del 1980 intorno ai livelli 2068 e 1950 in uno o due secoli.,

Ridurre i gas serra

Gli scienziati del clima concordano sul fatto che il cambiamento climatico è un problema globale che deve essere attaccato da un mondo unificato con un unico obiettivo. Tutte le nazioni devono riunirsi per ridurre le emissioni di gas serra. Tuttavia, convincere le nazioni a mettersi d’accordo su qualsiasi cosa si è rivelato difficile. Alcune idee sono state proposte e in alcune nazioni vengono emanate.,

Accordi internazionali

Il primo tentativo di limitare le emissioni di gas serra è stato il Protocollo di Kyoto, che gli scienziati del clima concordano non hanno fatto abbastanza in termini di riduzione delle emissioni o di partecipazione delle nazioni. Il Protocollo di Kyoto ha istituito un sistema cap-and-trade. Cap-and-trade fornisce un incentivo monetario per le nazioni a sviluppare tecnologie che ridurranno le emissioni e per risparmiare energia. Alcuni stati e città all’interno degli Stati Uniti hanno iniziato i propri sistemi cap-and-trade.

La Conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici si riunisce ogni anno in un luogo diverso., Anche se le raccomandazioni sono fatte ogni anno, il gruppo non ha ottenuto le nazioni a firmare un accordo vincolante. Non facendo nulla stiamo facendo qualcosa-continuando ad aumentare i livelli di gas a effetto serra e non riuscendo a preparare i prossimi cambiamenti ambientali.

Quanto potrebbero essere cattivi alcuni gradi? National Geographic ha una serie di video su cosa aspettarsi se la temperatura aumenta di ciascuno di questi importi per grado Celsius.

Carbon Tax

Il modo più semplice e veloce è quello di ridurre le emissioni di gas serra è quello di aumentare l’efficienza energetica., Un modo efficace per incoraggiare l’efficienza è finanziario. Una tassa sul carbonio può essere applicata alle emissioni di CO2 per incoraggiare la conservazione. La tassa sarebbe stata posta sulla benzina, anidride carbonica emessa dalle fabbriche, e bollette energetiche casa così le persone o le imprese che emettono più carbonio pagherebbero più soldi. Ciò incoraggerebbe la conservazione poiché quando le persone acquistano una nuova auto, ad esempio, sarebbero più propensi ad acquistare un modello ad alta efficienza energetica. Il denaro della carbon tax verrebbe utilizzato per la ricerca sulle fonti energetiche alternative., Tutti i piani per una tassa sul carbonio consentono un credito d’imposta per le persone che non possono permettersi di pagare di più per l’energia in modo che non soffrano ingiustamente.

È possibile sviluppare nuove tecnologie, come le fonti rinnovabili che sono state discusse nel capitolo Energia della Terra. I biocarburanti possono sostituire la benzina nei veicoli, ma devono essere sviluppati in modo sensato (figura sotto). Finora gran parte del biocarburante è prodotto da colture come il mais. Ma quando le colture alimentari vengono utilizzate per il carburante, il prezzo del cibo sale. L’agricoltura moderna è anche estremamente dipendente dai combustibili fossili per pesticidi, fertilizzanti e il lavoro dell’agricoltura., Ciò significa che non si ottiene molta energia dall’utilizzo di un biocarburante rispetto all’utilizzo diretto dei combustibili fossili. Colture più promettenti per i biocarburanti sono ora in fase di ricerca. Sorprendentemente, le alghe sono state studiate come fonte di carburante! Le alghe possono essere coltivate in aree che non sono utili per l’agricoltura e contengono anche olio molto più utilizzabile rispetto a colture come il mais.

Cattura e sequestro del carbonio

Se il cambiamento climatico diventa abbastanza grave, le persone possono tentare di rimuovere i gas serra dall’atmosfera dopo che sono stati emessi. Il sequestro del carbonio si verifica naturalmente quando l’anidride carbonica viene rimossa dall’atmosfera dagli alberi in una foresta. Un modo per rimuovere il carbonio sarebbe quello di piantare più alberi, ma sfortunatamente, attualmente si perde più terreno forestale che guadagnato.

Il carbonio può anche essere sequestrato artificialmente., Ad esempio, il carbonio può essere catturato dalle emissioni degli impianti di gassificazione e quindi immagazzinato sottoterra in strati di sale o cuciture di carbone. Mentre alcuni piccoli progetti di sequestro sono in fase di sviluppo, il sequestro su larga scala non è ancora stato tentato.

Questo tipo di cattura e sequestro del carbonio rientra nella categoria della geoingegneria. Ci sono molte altre idee affascinanti in geoingegneria che le persone hanno proposto che vale la pena guardare. Un esempio selvaggio è quello di ombreggiare il pianeta con grandi oggetti orbitanti., Un grande specchio in orbita potrebbe riflettere circa il 2% della radiazione solare in arrivo nello spazio. Questi tipi di soluzioni sarebbero costosi in termini di costi ed energia.

Proprio come gli individui possono diminuire altri tipi di inquinamento atmosferico, le persone possono combattere il riscaldamento globale conservando energia. Inoltre, le persone possono essere coinvolte negli sforzi locali, regionali e nazionali per fare scelte sane in materia di politica energetica.

Riassunto della lezione

• Gli inquinanti atmosferici possono essere ridotti in molti modi. Il metodo migliore è quello di non utilizzare l’energia che produce gli inquinanti attraverso la conservazione o aumentando l’efficienza energetica.,
• Le fonti energetiche alternative sono un altro buon modo per ridurre l’inquinamento. La maggior parte di queste tecnologie energetiche alternative sono ancora in fase di perfezionamento (solare, eolico) e alcune hanno altri problemi ad esse associati (nucleare, biocarburanti).
• Gli inquinanti possono essere rimossi da un flusso di scarico filtrando o ripartendo. Alcuni inquinanti, come i CFC, non sono affatto rilasciati.

Domande di revisione

1. Dal momento che la legge sull’aria pulita è stata approvata nel 1970, perché l’aria non è ancora pulita?
2. Quali sono alcuni modi in cui è possibile risparmiare energia?,
3. In che modo la riduzione degli inquinanti atmosferici, come descritto nel Clean Air Act del 1970, influisce sulle emissioni di gas serra?
4. Cosa si deve fare prima che le fonti energetiche alternative possano sostituire i combustibili fossili?
5. Cosa sono i convertitori catalitici?
6. Perché i veicoli ibridi sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai normali veicoli alimentati da motori a combustione interna?
7. Perché i veicoli a celle a combustibile non sono ancora ampiamente disponibili?
8. In che modo un ciclone riduce l’inquinamento da particolato?
9. Come può essere prodotta la potenza del carbone in modo da avere un contributo di carbonio quasi pari a zero nell’atmosfera?,
10. Perché il buco dell’ozono non sarà guarito per diversi decenni?
11. Molte persone pensano che i biocarburanti siano la soluzione a molti dei problemi del cambiamento climatico, ma altri non sono d’accordo. Quali requisiti dovrebbero soddisfare i biocarburanti se dovessero essere realmente efficaci nel sostituire la benzina nei veicoli a motore?

Punti da considerare

• Perché è importante ridurre l’inquinamento atmosferico?
• Cosa puoi fare nella tua vita per ridurre il tuo impatto sull’atmosfera?
• Perché è necessario uno sforzo mondiale per ridurre la minaccia del cambiamento climatico globale?,