Вплив на довкілля різних джерел енергії та основні екологічні вимоги існування нооценозу енергетики

Основними видами забруднення біосфери в результаті експлуатації АЕС та ТЕС (теплових електростанцій) є наступні: теплове, радіаційне, хімічне (останнє характерно для повного ЯПЦ).

1. Теплове забруднення. За розмірами теплового забруднення різниця між АЕС та ТЕС складає від 30 до 80%. Характер впливу теплових скидів АЕС на довкілля істотно залежить від вибраної схеми охолодження відпрацьованого пара АЕС: 1) прямого охолодження за рахунок води з річки, 2) охолодження при зворотному водному забезпеченні станції з використанням випарювальних градірен, 3) повітряного охолодження теплоносію, який циркулює за замкнутим колом, через конденсацію пару, 4) комбінованого охолодження.

Завдяки використанню градірен забезпечується надійний захист гідросфери від теплового впливу, бо в цьому випадку скид тепла відбувається головним чином в атмосферу, яка є менш чутливою до теплового впливу, ніж гідросфера. При наявності ефективної системи вловлювання вологи градирнями забезпечуються малий тепловий вплив АЕС на довкілля. Це є важливим, бо при великих кількостях викидного пару, вологи, вплив на довкілля може проявлятися у збільшенні кількості опадів, частоти появи туманів, навіть, сильних аномалій; у зміні температури та клімату у локальному та у глобальному масштабі; у впливі на захворюваність населення та стан біоценозів.

2. Радіаційне забруднення. При виробництві електроенергії на АЕС в оточуюче середовище надходять радіоактивні речовини, серед яких є інертні гази (криптон, ксенон, інші), які розсіюються в атмосфері, та газові сполуки продуктів поділу урану (йод, цезій, стронцій, рутеній тощо), що можуть бути небезпечними для здоров'я. При нормальній роботі АЕС додаткова доза опромінення не перевищує флуктуацій природного фону. Глобальний радіаційний внесок атомної енергетики, враховуючи всі етапи ЯПЦ, сьогодні становить близько 0,2 % від природного. Щоправда, за останні 50 років рівень природного радіаційного фону зріс на 60-70 %, але це пов'язано з випробуваннями ядерної зброї в атмосфері, використанням нових будівельних матеріалів та добрив, проведенням масових медичних досліджень тощо [9]. Доза опромінення населення від АЕС сумарною потужністю 12 ГВт (ел.) становить близько 0,2^.10^-6 Зв/рік.

При експлуатації ТЕС через те, що у вугіллі у вигляді включень містяться різні природні радіоактивні елементи, в навколишнє середовище надходять радіоізотопи урану, радію, торію, полонію тощо, що за оцінками відповідає 3,2^.10^-5 Зв/рік (для ТЕС електричної потужності 600МВт (ел.)) [67].

3. Хімічне забруднення. Експлуатація підприємств ЯПЦ супроводжується появою рідких відходів, які вміщують токсичні речовини. Ці відходи виникають як в основних технологічних операціях, так і в різних допоміжних, наприклад, очисних та промислових. На початковому етапі ЯПЦ забруднена вода виникає в результаті просочування підземних вод шахт і поверхнево-дощових вод крізь відвали порожньої породи. В залежності від місця виникнення рідкі відходи можуть вміщувати мінерали, кислоти, солі металів, органічні з’єднання і т.ін., багато з яких відноситься до токсичних. Джерелами газоподібних відходів ЯПЦ є наступні процеси: 1) пилоутворення при добуванні, переробці руди, 2) вихід летких речовин з різних технологічних розчинів і складованих твердих відходів і матеріалів, 3) спалювання органічного палива (газу, мазуту або вугілля), яке використовується в двигунах і інших установках підприємств ЯПЦ.

З точки зору викиду в біосферу хімічних речовин та сполук вугільний паливний цикл (ВПЦ) має ряд особливостей, які суттєво відрізняють його від ЯПЦ:

- при спалюванні вугілля розходжується кисень і утворюється велика кількість газоподібних летучих з’єднань, багато з яких не затримуються системою очистки димових газів, наприклад СО₂, SO₂, NO_X та ін.,

- у вугіллі вміщується багато токсичних хімічних домішок, наприклад, токсичні метали, які після його згоряння переходять у відходи і можуть стати джерелом забруднення оточуючого середовища (табл. 1.4.4.1.).

Так, теплова електростанція (ТЕС) потужністю 1 ГВт, яка працює на вугіллі, викидає протягом року в атмосферу, за різними оцінками, від 10 до 120 тис. тонн окисів сірки, 2-20 тис. тонн окисів азоту, 700-1500 тонн попелу і виділяє 3-7 млн. тонн вуглекислого газу. При цьому також утворюється 300 тис. тонн золи, яка містить близько 400 тонн токсичних металів (арсен, кадмій, свинець, ртуть) [51]. В діючий час вугільні ТЕС викидають в атмосферу більше деяких токсичних металів, ніж їх виробляє металургія кольорових металів.

Таблиця 1.4.4.1. Кількість хімічних речовин, що надходять в атмосферу з відходами підприємств ЯПЦ та при викидах вугільної ТЕС

Вплив ВПЦ на біосферу характеризується рядом ефектів глобального характеру. Головний з них – порушення теплового балансу Землі в результаті викидів СО₂ і пилу. Перший з цих забруднювачів атмосфери належить до промислових викидів, які спричинюють розвиток парникового ефекту. Прогнози свідчать, що при подвоєнні його вмісту в атмосфері порівняно з доіндустріальним рівнем, температура на Землі до середини ХХІ століття може підвищитися на кілька градусів. Це викличе не передбачувані кліматичні зміни, зумовить необхідність величезних витрат на їх подолання. У табл. 1.4.4.2. [61] наведено величини викидів усіх парникових газів за умови використання різних джерел (в еквіваленті щодо викидів СО₂, які утворюються під час вироблення 1 кВт · год. електроенергії). З неї видно, що такі викиди супроводжують використання всіх джерел енергії, включаючи АЕС, ГЕС та інші відновлювані джерела. Але різниця в їх кількості досить суттєва.

Є дані про екологічну дію вуглекислого газу та окислів сірки [9]. Хоча при спалюванні вугілля або нафти СО₂ виділяється у сотні разів більше, ніж SO₂, кожна молекула SO₂ у 500-1000 разів сильніше охолоджує атмосферу (внаслідок впливу аерозольних частинок на відбивну здатність хмар), ніж молекула СО₂ нагріває її в результаті парникового ефекту. Але тривалість дії першого фактора — 3-10 днів, другого — 7-10 років. Тому вважається, що нині ефект охолодження атмосфери переважає над її нагріванням, але поступово картина зміниться на протилежну [66].

Інший важливий ефект глобального характеру при ВПЦ – велике використання кисню при спалюванні органічного палива. При сьогоднішніх темпах розвитку енергетики споживається біля 50 млрд. т кисню, тобто близько 1/5 частини його щорічного виробництва в природі. Крім цього, сучасна ТЕС використовує в середньому 5 млн. т вугілля на 1ГВт (ел.) у рік. Це означає, що потік палива в УПЦ набагато більший, ніж у ЯПЦ: приблизно у 40 разів на початковому етапі і у 20000-135000 разів на інших етапах циклу [9].

Крім того, при спалюванні вугілля утворюються органічні з’єднання, а саме бенз(а)пірен (С₂₀Н₁₆) – один з відомих канцерогенів [12]. Ці особливості обумовлюють розходження між ЯПЦ та ВПЦ як за витратою деяких природних ресурсів, так і за забрудненням біосфери хімічними речовинами.

Між впливом на довкілля інших джерел електроенергії також існує суттєва різниця:

- викиди ядерного паливного циклу пов'язані з добуванням урану, його збагаченням, виготовленням ядерного палива та переробкою відходів,

- технологічні процеси створення фотоелементів і панелей для сонячних батарей, конструкцій для вітрових двигунів супроводжуються виділенням парникових газів [9],

- для гідроелектростанцій основну роль у забрудненні довкілля відіграє парниковий газ метан, що утворюється на дні водосховищ у результаті розпаду органічних речовин.

В цілому нооценоз енергетики знаходиться в тісному зв’язку з природним середовищем, здійснюючи на нього різні впливи у вигляді забруднень. З іншого боку нооценоз енергетики відчуває вплив на себе з боку природного середовище. Це свідчить про актуальність втілення оптимізаційних рішень як в середині нооценозу енергетики, так і в межах системи “нооценоз енергетики - природа”.

Основне завдання цієї оптимізації – підтримання екологічної рівноваги в окремих регіонах планети і на планеті в цілому за допомогою раціонального співвідношення екологічних компонентів. Шляхами цієї оптимізації є збалансована експлуатація, що не призводить до перегріву природного середовища та територіально-екологічна оптимізація. Остання потребує визначення меж змін в природі, які не слід переступати при функціонуванні й розвитку (розширенні) нооценозу. Тому основна екологічна вимога щодо функціонування нооценозу енергетики, як компонента в нообіогеоценозі – це умова не перевищення границь змін в природному середовищі. В межах цього екологічними вимогами до традиційних джерел енергії є наступні:

- зниження викидів SO₂, СО, NO_X, золи, радіонуклідів, т. ін. в атмосферу;

- відчищання стічних вод;

- використання безстічних і оборотних систем гідрозолоудаління;

- екологічно безпечне поводження з відходами.

Тому нормування викидів та скидів шкідливих речовин в біосферу є єдиним науково обгрунтованим сьогодні підходом до регламентації забруднення довкілля шкідливим речовинами, необхідною умовою екологічно безпечного функціонування нообіогеоценозів.