Nauka o Ziemi (Polski)

cele lekcji

• opisz główne sposoby zmniejszenia zużycia energii.
• omówienie nowych technologii, które są opracowywane w celu zmniejszenia zanieczyszczeń powietrza, w tym gazów cieplarnianych.
• ,

słownictwo

• biopaliwo
• cap-and-trade
• sekwestracja węgla
• podatek węglowy
• katalizator
• katalizator

ogniwo paliwowe

• zgazowanie
• pojazd hybrydowy

wprowadzenie

czyste powietrze ustawa z 1970 roku i poprawki od tego czasu wykonały świetną robotę, wymagając od ludzi czyszczenia powietrza nad Stanami Zjednoczonymi. Emisja sześciu głównych zanieczyszczeń regulowanych przez ustawę o czystym powietrzu, tlenku węgla, ołowiu, tlenków azotu, ozonu, dwutlenku siarki i cząstek stałych, zmniejszyła się o ponad 50%., Samochody, elektrownie i fabryki indywidualnie uwalniają mniej zanieczyszczeń niż w połowie XX wieku. Ale jest o wiele więcej samochodów, elektrowni i fabryk. Wiele zanieczyszczeń jest nadal uwalnianych, a niektóre substancje okazały się zanieczyszczeniami, które nie były znane jako zanieczyszczenia w przeszłości. Jest jeszcze wiele do zrobienia, aby nadal oczyszczać powietrze.

sposoby zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza

Jak zmniejszyć zanieczyszczenie powietrza? Wykorzystanie mniej paliw kopalnych jest jednym ze sposobów zmniejszenia zanieczyszczenia., Niektóre przykłady sposobów oszczędzania paliw kopalnych to:

• Jazda na rowerze lub chodzenie zamiast jazdy.
• jadąc autobusem lub samochodem.
• zakup samochodu, który ma większą oszczędność paliwa.
• wyłączanie świateł i urządzeń, gdy nie są używane.
• przy użyciu energooszczędnych żarówek i urządzeń.

wszystkie te działania zmniejszają ilość energii, którą elektrownie potrzebują do produkcji.

ważne jest rozwijanie alternatywnych źródeł energii. Przypomnij sobie rozdział, Energia Ziemi., Jakie są niektóre z problemów, przed którymi stoi szersze przyjęcie alternatywnych źródeł energii?

• technologie dla kilku źródeł energii alternatywnej, w tym słonecznej i wiatrowej, są nadal opracowywane.
• energia Słoneczna i wiatr są nadal drogie w stosunku do wykorzystania paliw kopalnych. Technologia musi się rozwijać, aby cena spadła.
• niektóre obszary mają niewielką ilość światła słonecznego i nie nadają się do nasłonecznienia. Inni nie mają dużo wiatru. Ważne jest, aby regiony rozwijały to, co najbardziej im odpowiada., Podczas gdy pustynia południowo-zachodnia będzie musiała rozwijać energię słoneczną, Wielkie Równiny mogą wykorzystywać energię wiatru jako źródło energii. Być może niektóre lokalizacje będą opierać się na elektrowniach jądrowych, chociaż obecne elektrownie jądrowe mają poważne problemy z bezpieczeństwem i unieszkodliwianiem odpadów.

czasami potrzebne są rozwiązania technologiczne.

Filmy National Geographic dotyczące oszczędzania energii znajdują się w filmach środowiskowych, Energia:http://video.nationalgeographic.com/video/player/environment/.,

• Energia alternatywna
• ogniwa paliwowe
• energia Słoneczna

zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza z pojazdów

zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza z pojazdów można wykonać na wiele sposobów.

• rozkładanie zanieczyszczeń przed ich uwolnieniem do atmosfery. Pojazdy silnikowe emitują mniej zanieczyszczeń niż kiedyś z powodu katalizatorów (rysunek poniżej). Katalizatory zawierają katalizator, który przyspiesza reakcje chemiczne i rozkłada tlenki azotu, tlenek węgla i LZO., Katalizatory działają tylko wtedy, gdy są gorące, więc dużo spalin ucieka, gdy samochód się rozgrzewa.

• zwiększenie efektywności paliwowej pojazdu. Lżejsze, bardziej opływowe Pojazdy potrzebują mniej energii. Pojazdy hybrydowe mają Silnik elektryczny i akumulator. Energia, która zostanie utracona podczas hamowania jest kierowana do ładowania akumulatora, który następnie może zasilać samochód., Silnik spalinowy przejmuje kontrolę tylko wtedy, gdy wyczerpie się zasilanie w akumulatorze. Hybrydy mogą zmniejszyć emisję aut o 90% lub więcej, ale wiele modeli nie maksymalizuje możliwej efektywności paliwowej pojazdu.

hybryda wtykowa jest podłączana do źródła energii elektrycznej, gdy nie jest używana, być może w garażu, aby upewnić się, że akumulator jest naładowany. Hybrydy Plug-in działają przez dłuższy czas na energii elektrycznej, a więc są mniej zanieczyszczone niż zwykłe hybrydy. Hybrydy Plug-in zaczynają być dostępne w 2010 roku.

• opracowywanie nowych technologii, które nie wykorzystują paliw kopalnych., Tankowanie samochodu czymś innym niż płynnym paliwem organicznym jest trudne. Ogniwo paliwowe przekształca energię chemiczną w energię elektryczną. Wodorowe ogniwa paliwowe wykorzystują energię uwalnianą, gdy wodór i tlen łączą się, tworząc wodę (rysunek poniżej). Ogniwa paliwowe są niezwykle wydajne i nie wytwarzają żadnych zanieczyszczeń. Ale rozwój technologii ogniw paliwowych miał wiele problemów i nikt nie wie, kiedy i czy staną się one praktyczne.

zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza przemysłowego

zanieczyszczenia są usuwane ze strumieni spalin elektrowni i zakładów przemysłowych, zanim wejdą do atmosfery. Cząstki stałe mogą być filtrowane, a tlenki siarki i azotu mogą być rozkładane przez katalizatory. Usuwanie tych tlenków zmniejsza zanieczyszczenia, które powodują kwaśne deszcze.

cząstki są stosunkowo łatwe do usunięcia z emisji za pomocą ruchu lub energii elektrycznej, aby oddzielić cząstki od gazów. Płuczki usuwają cząstki i gazy odlotowe ze spalin za pomocą cieczy lub materiałów neutralizujących(rysunek poniżej)., Gazy, takie jak tlenki azotu, mogą być rozkładane w bardzo wysokich temperaturach.

zgazowanie jest rozwijającą się technologią. W zgazowaniu węgiel (rzadko jest innym materiałem organicznym używanym) jest podgrzewany do bardzo wysokich temperatur, aby utworzyć gaz syntezowy, który jest następnie filtrowany, a energia trafia do generatora. Gaz syntezowy uwalnia około 80% mniej zanieczyszczeń niż zwykłe elektrownie węglowe, a gazy cieplarniane są również niższe., Oczyszczalnie węgla nie potrzebują płuczek ani innych urządzeń do kontroli zanieczyszczeń. Mimo że technologia jest gotowa, czyste elektrownie węglowe są droższe w budowie i eksploatacji. Ponadto ogrzewanie węgla do wystarczająco wysokich temperatur zużywa dużo energii, więc technologia nie jest energooszczędna. Ponadto duże ilości gazów cieplarnianych CO2 są nadal uwalniane dzięki technologii czystego węgla. Niemniej jednak kilka z tych zakładów działa w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie.,

ograniczanie niszczenia ozonu

jedna historia sukcesu w ograniczaniu zanieczyszczeń, które szkodzą atmosferze, dotyczy substancji chemicznych niszczących Ozon. W 1973 roku naukowcy obliczyli, że CFC może dotrzeć do stratosfery i rozpadnąć się. Uwolniłoby to atomy chloru, które następnie zniszczyłyby Ozon. Opierając się tylko na ich obliczeniach, Stany Zjednoczone i większość krajów skandynawskich zakazały stosowania CFC w puszkach z aerozolem w 1978 roku.

Więcej potwierdzenie, że CFC rozkładają Ozon był potrzebny, zanim zrobiono więcej w celu zmniejszenia produkcji substancji chemicznych niszczących Ozon., W 1985 roku członkowie British Antarctic Survey poinformowali, że w trzech poprzednich źródłach stwierdzono 50% zmniejszenie warstwy ozonowej nad Antarktydą. Dwa lata później” Protokół Montrealski w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową ” został ratyfikowany przez kraje na całym świecie.

Protokół Montrealski kontroluje produkcję i zużycie 96 substancji chemicznych, które uszkadzają warstwę ozonową (rysunek poniżej). Substancje niebezpieczne są stopniowo wycofywane najpierw przez kraje rozwinięte, a dziesięć lat później przez kraje rozwijające się. Bardziej niebezpieczne substancje są wycofywane szybciej., CFC zostały w większości wycofane od 1995 roku, chociaż były używane w krajach rozwijających się do 2010 roku. Niektóre z mniej niebezpiecznych substancji zostaną wycofane dopiero w 2030 roku. Protokół wymaga również, aby bogatsze kraje przekazywały pieniądze na rozwój technologii, które zastąpią te chemikalia.

gdyby CFC nie zostały wycofane, do 2050 roku liczba zachorowań na raka skóry byłaby 10 razy większa niż w 1980 roku. Wynik byłby o 20 milionów więcej przypadków raka skóry w Stanach Zjednoczonych i 130 milionów przypadków na całym świecie.

ponieważ CFC docierają do stratosfery przez wiele lat i mogą tam przetrwać długo, zanim ulegną rozpadowi, dziura ozonowa prawdopodobnie będzie rosła przez jakiś czas, zanim zacznie się kurczyć. Warstwa ozonowa osiągnie ten sam poziom, jaki miała przed 1980 rokiem, około 2068 i 1950 poziomów w ciągu jednego lub dwóch stuleci.,

redukcja emisji gazów cieplarnianych

klimatolodzy zgadzają się, że zmiana klimatu jest globalnym problemem, który musi zostać zaatakowany przez zjednoczony świat z jednym celem. Wszystkie narody muszą się zjednoczyć, aby ograniczyć emisje gazów cieplarnianych. Jednak nakłonienie narodów do Porozumienia w sprawie czegokolwiek okazało się trudne. Kilka pomysłów zostało zaproponowanych, a w niektórych krajach są wdrażane.,

umowy międzynarodowe

pierwszą próbą ograniczenia emisji gazów cieplarnianych był protokół z Kioto, który naukowcy zajmujący się klimatem uzgodnili, że nie zrobił wystarczająco dużo, jeśli chodzi o ograniczenie emisji lub zachęcenie krajów do udziału. Protokół z Kioto ustanowił system WPR i handlu. Cap-and-trade stanowi zachętę pieniężną dla narodów do opracowywania technologii, które zmniejszą Emisje i oszczędzą energię. Niektóre stany i miasta w Stanach Zjednoczonych rozpoczęły własne systemy cap-and-trade.

Konferencja Narodów Zjednoczonych w sprawie Zmian Klimatu spotyka się co roku w innym miejscu., Chociaż zalecenia są wydawane co roku, grupa nie skłoniła krajów do podpisania wiążącego porozumienia. Nic nie robiąc, robimy coś – kontynuujemy podnoszenie poziomu gazów cieplarnianych i nie przygotowujemy się na nadchodzące zmiany środowiskowe.

jak źle może być kilka stopni? National Geographic ma Zestaw Filmów o tym, czego można się spodziewać, jeśli temperatura wzrośnie o każdą z tych wartości o stopień Celsjusza.

podatek węglowy

najprostszym i najszybszym sposobem zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych jest zwiększenie efektywności energetycznej., Jednym ze skutecznych sposobów wspierania efektywności jest finansowanie. Podatek węglowy może zostać nałożony na emisje CO2, aby zachęcić do ich ochrony. Podatek byłby nakładany na benzynę, dwutlenek węgla emitowany przez fabryki i rachunki za energię domową, więc ludzie lub firmy, które emitują więcej węgla, zapłaciliby więcej pieniędzy. Zachęciłoby to do ochrony, ponieważ gdy ludzie kupują nowy samochód, na przykład, będą bardziej skłonni do zakupu modelu energooszczędnego. Pieniądze z podatku węglowego zostaną wykorzystane na badania nad alternatywnymi źródłami energii., Wszystkie plany dotyczące podatku węglowego pozwalają na ulgę podatkową dla osób, które nie mogą sobie pozwolić na zapłacenie więcej za energię, aby nie cierpieć niesprawiedliwie.

można rozwijać nowe technologie, takie jak odnawialne źródła,które zostały omówione w rozdziale Energia Ziemi. Biopaliwa mogą zastąpić benzynę w pojazdach, ale muszą być opracowywane rozsądnie(rysunek poniżej). Do tej pory znaczna część biopaliwa jest produkowana z upraw takich jak kukurydza. Ale gdy uprawy żywności są wykorzystywane jako paliwo, Cena żywności wzrasta. Nowoczesne rolnictwo jest również bardzo uzależnione od paliw kopalnych dla pestycydów, nawozów i pracy rolnictwa., Oznacza to, że nie wiele energii uzyskuje się z wykorzystania biopaliwa zamiast korzystania z paliw kopalnych bezpośrednio. Obecnie prowadzone są badania nad bardziej obiecującymi uprawami na biopaliwa. Co zaskakujące, algi są badane jako źródło paliwa! Glony mogą być uprawiane w obszarach, które nie są przydatne dla rolnictwa, a także zawiera znacznie bardziej użyteczny olej niż uprawy, takie jak kukurydza.

wychwytywanie i sekwestracja dwutlenku węgla

Jeśli zmiana klimatu stanie się wystarczająco zła, ludzie mogą próbować usunąć gazy cieplarniane z atmosfery po ich emisji. Sekwestracja węgla występuje naturalnie, gdy dwutlenek węgla jest usuwany z atmosfery przez drzewa w lesie. Jednym ze sposobów na usunięcie dwutlenku węgla byłoby posadzenie większej liczby drzew, ale niestety, więcej gruntów leśnych jest obecnie traconych niż pozyskiwanych.

węgiel może być również sztucznie sekwestrowany., Na przykład węgiel może być wychwytywany z emisji z instalacji zgazowania, a następnie składowany pod ziemią w warstwach soli lub pokładach węgla. Chociaż trwają prace nad niewielkimi projektami sekwestracji, nie podjęto jeszcze prób sekwestracji na dużą skalę.

Ten rodzaj wychwytywania i sekwestracji dwutlenku węgla jest objęty pozycją Geoinżynierii. Istnieje wiele innych fascynujących pomysłów w Geoinżynierii, które ludzie zaproponowali, które są warte obejrzenia. Jednym z dzikich przykładów jest cień planety z dużych obiektów orbitujących., Duże lustro na orbicie może odbijać około 2% promieniowania słonecznego z powrotem w Przestrzeń Kosmiczną. Tego rodzaju rozwiązania byłyby kosztowne pod względem kosztów i energii.

tak jak jednostki mogą zmniejszyć inne rodzaje zanieczyszczenia powietrza, ludzie mogą walczyć z globalnym ociepleniem, oszczędzając energię. Ponadto obywatele mogą zaangażować się w lokalne, regionalne i krajowe wysiłki na rzecz dokonywania rozsądnych wyborów w zakresie polityki energetycznej.

podsumowanie lekcji

• zanieczyszczenia powietrza można zmniejszyć na wiele sposobów. Najlepszą metodą jest nieużywanie energii, która wytwarza zanieczyszczenia poprzez ochronę lub zwiększenie efektywności energetycznej.,
• Alternatywne źródła energii to kolejny dobry sposób na zmniejszenie zanieczyszczenia. Większość z tych alternatywnych technologii energetycznych jest nadal udoskonalana (energia słoneczna, wiatr), a niektóre z nich mają inne problemy z nimi związane (energia jądrowa, biopaliwa).
• zanieczyszczenia mogą być usuwane ze strumienia spalin poprzez filtrowanie lub rozkładanie. Niektóre zanieczyszczenia, takie jak CFC, najlepiej nie uwalniać w ogóle.

Pytania kontrolne

1. ponieważ ustawa o czystym powietrzu została uchwalona w 1970 roku, dlaczego powietrze nadal nie jest czyste?
2. jakie są sposoby oszczędzania energii?,
3. w jaki sposób redukcja zanieczyszczeń powietrza, opisana w ustawie o czystym powietrzu z 1970 roku, wpływa na emisję gazów cieplarnianych?
4. co należy zrobić, aby alternatywne źródła energii mogły zastąpić paliwa kopalne?
5. czym są katalizatory?
6. dlaczego pojazdy hybrydowe są bardziej energooszczędne niż zwykłe pojazdy napędzane silnikami spalinowymi?
7. dlaczego pojazdy z ogniwami paliwowymi nie są jeszcze powszechnie dostępne?
8. w jaki sposób cyklon zmniejsza zanieczyszczenie cząstek stałych?
9. W Jaki Sposób można wytwarzać energię węglową, aby miała prawie zerowy udział węgla w atmosferze?,
10. dlaczego dziura ozonowa nie zostanie wyleczona przez kilkadziesiąt lat?
11. Wiele osób uważa, że biopaliwa są rozwiązaniem wielu problemów związanych ze zmianami klimatu, ale inni się z tym nie zgadzają. Jakie wymogi musiałyby spełniać biopaliwa, gdyby rzeczywiście skutecznie zastępowały benzynę w pojazdach silnikowych?

punkty do rozważenia

• dlaczego ważne jest zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza?
• co możesz zrobić we własnym życiu, aby zmniejszyć swój wpływ na atmosferę?
• Dlaczego potrzebne są Światowe wysiłki w celu zmniejszenia zagrożenia globalnymi zmianami klimatycznymi?,