Das Wärmebelastung Es tritt auf, wenn ein Faktor eine unerwünschte oder schädliche Änderung der Umgebungstemperatur verursacht. Die von dieser Verschmutzung am stärksten betroffene Umwelt ist Wasser, kann jedoch auch Luft und Boden beeinträchtigen.
Die durchschnittliche Umgebungstemperatur kann sowohl durch natürliche Ursachen als auch durch menschliche Handlungen (anthropogen) verändert werden. Natürliche Ursachen sind unprovozierte Waldbrände und Vulkanausbrüche.
Zu den anthropogenen Ursachen zählen die Erzeugung elektrischer Energie, die Erzeugung von Treibhausgasen und industrielle Prozesse. Ebenso tragen Kühl- und Klimaanlagen dazu bei..
Das relevanteste Phänomen der thermischen Verschmutzung ist die globale Erwärmung, die einen Anstieg der durchschnittlichen Planetentemperatur impliziert. Dies ist auf den sogenannten Treibhauseffekt und die Nettobeiträge der Restwärme durch den Menschen zurückzuführen..
Die Aktivität, die die größte thermische Verschmutzung erzeugt, ist die Erzeugung von Elektrizität aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Beim Verbrennen von Kohle oder Erdölprodukten wird Wärme diffundiert und CO2, das wichtigste Treibhausgas, erzeugt.
Thermische Verschmutzung verursacht physikalische, chemische und biologische Veränderungen, die sich negativ auf die biologische Vielfalt auswirken. Die wichtigste Eigenschaft hoher Temperaturen ist ihre katalytische Kraft und schließt die Stoffwechselreaktionen ein, die in lebenden Organismen auftreten..
Lebewesen benötigen bestimmte Bedingungen der Amplitude der Temperaturschwankung, um zu überleben. Aus diesem Grund kann jede Änderung dieser Amplitude die Abnahme der Populationen, ihre Migration oder ihr Aussterben bedeuten..
Andererseits wirkt sich die thermische Verschmutzung direkt auf die menschliche Gesundheit aus und führt zu Hitzeerschöpfung, Hitzeschock und verschlimmernden Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Darüber hinaus führt die globale Erwärmung dazu, dass Tropenkrankheiten ihren geografischen Wirkungsbereich erweitern..
Um thermische Verschmutzung zu verhindern, müssen die Modi der wirtschaftlichen Entwicklung und die Gewohnheiten der modernen Gesellschaft geändert werden. Dies impliziert wiederum die Implementierung von Technologien, die die thermischen Auswirkungen auf die Umwelt verringern..
Hier werden einige Beispiele für thermische Verschmutzung vorgestellt, wie das Kernkraftwerk Santa María de Garoña (Burgos, Spanien), das zwischen 1970 und 2012 in Betrieb war. Dieses Kraftwerk leitete heißes Wasser aus seinem Kühlsystem in den Ebro und erhöhte so seine natürliche Temperatur um bis zu 10 ºC..
Ein weiterer charakteristischer Fall von thermischer Verschmutzung ist die Verwendung von Klimaanlagen. Die Verbreitung dieser Systeme zur Temperatursenkung erhöht die Temperatur einer Stadt wie Madrid um bis zu 2 ºC.
Schließlich wird der positive Fall eines Margarine produzierenden Unternehmens in Peru, das Wasser zur Kühlung des Systems und des daraus resultierenden heißen Wassers verwendet, ins Meer zurückgeführt. So gelang es ihnen, Energie und Wasser zu sparen und den Beitrag von heißem Wasser zur Umwelt zu reduzieren.
Artikelverzeichnis
Die thermische Verschmutzung ergibt sich aus der Umwandlung anderer Energien, da die gesamte Energie beim Einsatz Wärme erzeugt. Dies besteht in der Beschleunigung der Bewegung der Partikel des Mediums.
Daher ist Wärme eine Energieübertragung zwischen zwei Systemen mit unterschiedlichen Temperaturen..
Die Temperatur ist eine Größe, die die kinetische Energie eines Systems misst, dh die durchschnittliche Bewegung seiner Moleküle. Diese Bewegung kann translatorisch wie in einem Gas oder vibrierend wie in einem Festkörper sein.
Es wird mit einem Thermometer gemessen, von dem es verschiedene Typen gibt, von denen der häufigste die Dilatation und die elektronische ist.
Das Expansionsthermometer basiert auf dem Ausdehnungskoeffizienten bestimmter Substanzen. Diese Substanzen dehnen sich beim Erhitzen und ihr Aufstieg markiert eine abgestufte Skala..
Das elektronische Thermometer basiert auf der Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie, die auf einer numerischen Skala umgerechnet wird.
Die am häufigsten verwendete Skala ist die von Anders Celsius vorgeschlagene (ºC, Grad Celsius oder Celsius). Darin entspricht 0 ºC dem Gefrierpunkt von Wasser und 100 ºC dem Siedepunkt..
Die Thermodynamik ist der Zweig der Physik, der die Wechselwirkungen von Wärme mit anderen Energieformen untersucht. Die Thermodynamik sieht vier Grundprinzipien vor:
- Zwei Objekte mit unterschiedlichen Temperaturen tauschen Wärme aus, bis sie das Gleichgewicht erreichen.
- Energie wird weder erzeugt noch zerstört, sie wandelt sich nur um.
- Eine Energieform kann ohne Wärmeverlust nicht vollständig in eine andere umgewandelt werden. Und der Wärmestrom wird vom heißesten Medium zum am wenigsten heißen sein, niemals umgekehrt.
- Es ist nicht möglich, eine Temperatur gleich dem absoluten Nullpunkt zu erreichen.
Diese auf die thermische Verschmutzung angewandten Prinzipien bestimmen, dass jeder physikalische Prozess Wärmeübertragung und thermische Verschmutzung erzeugt. Zusätzlich kann es entweder durch Erhöhen oder Verringern der Temperatur des Mediums hergestellt werden..
Die Zunahme oder Abnahme der Temperatur wird als Schadstoff angesehen, wenn sie außerhalb der lebenswichtigen Parameter liegt.
Die Temperatur ist einer der grundlegenden Aspekte für das Auftreten des Lebens, wie wir es kennen. Die Amplitude der Temperaturschwankung, die den größten Teil der aktiven Lebensdauer ermöglicht, reicht von -18 ºC bis 50 ºC.
Lebende Organismen können in einem latenten Zustand bei Temperaturen von -200 ºC und 110 ºC existieren, dies sind jedoch seltene Fälle.
Bestimmte sogenannte thermophile Bakterien können bei Temperaturen von bis zu 100 ° C existieren, solange flüssiges Wasser vorhanden ist. Dieser Zustand tritt bei hohen Drücken auf dem Meeresboden in Gebieten mit hydrothermalen Entlüftungsöffnungen auf..
Dies weist darauf hin, dass die Definition der thermischen Verschmutzung in einem Medium relativ ist und von den natürlichen Eigenschaften des Mediums abhängt. Ebenso hängt es mit den Anforderungen der Organismen zusammen, die in einem bestimmten Gebiet leben..
Beim Menschen liegt die normale Körpertemperatur zwischen 36,5 ° C und 37,2 ° C, und die homöostatische Kapazität (zum Ausgleich äußerer Schwankungen) ist begrenzt. Temperaturen unter 0 ºC über einen längeren Zeitraum und ohne künstlichen Schutz führen zum Tod.
Ebenso sind Temperaturen konstant über 50 ºC auf lange Sicht sehr schwer zu kompensieren..
Im Wasser wirkt sich die thermische Verschmutzung unmittelbarer aus, da die Wärme hier langsamer abgeführt wird. In der Luft und am Boden wirkt sich die thermische Verschmutzung weniger stark aus, da die Wärme schneller abgeführt wird..
Andererseits ist in kleinen Gebieten die Fähigkeit der Umgebung, große Wärmemengen abzuleiten, sehr begrenzt..
Wärme hat eine katalytische Wirkung auf chemische Reaktionen, dh sie beschleunigt diese Reaktionen. Dieser Effekt ist der Hauptfaktor, durch den thermische Verschmutzung negative Auswirkungen auf die Umwelt haben kann..
Ein paar Grad Temperaturunterschied können daher Reaktionen auslösen, die sonst nicht auftreten würden..
Die Erde hat im Laufe ihrer geologischen Geschichte Zyklen mit hohen und niedrigen Durchschnittstemperaturen durchlaufen. In diesen Fällen waren die Ursachen für den Anstieg der Planetentemperatur natürlicher Natur wie Sonne und Geothermie..
Derzeit ist der globale Erwärmungsprozess mit den Aktivitäten der Menschen verbunden. In diesem Fall ist das Hauptproblem die Abnahme der Ableitungsrate der Wärme in Richtung der Stratosphäre..
Dies geschieht hauptsächlich aufgrund der Emission von Treibhausgasen durch menschliche Aktivitäten. Dazu gehören Industrie, Fahrzeugverkehr und die Verbrennung fossiler Brennstoffe..
Die globale Erwärmung ist heute der größte und gefährlichste Prozess der thermischen Verschmutzung, den es gibt. Darüber hinaus fügt die Wärmeabgabe aus der weltweiten Nutzung fossiler Brennstoffe dem System zusätzliche Wärme hinzu..
Eine thermoelektrische Anlage ist ein Industriekomplex zur Erzeugung von Strom aus Brennstoff. Dieser Brennstoff kann fossil (Kohle, Öl oder Derivate) oder ein radioaktives Material (z. B. Uran) sein..
Dieses System erfordert die Kühlung der Turbinen oder Reaktoren und für dieses wird Wasser verwendet. In der Abkühlsequenz wird ein großes Wasservolumen aus einer geeigneten kalten Quelle (einem Fluss oder dem Meer) entnommen..
Anschließend drücken die Pumpen es durch Rohre, die vom heißen Abgasdampf umgeben sind. Die Wärme gelangt vom Dampf zum Kühlwasser und das erwärmte Wasser wird zur Quelle zurückgeführt, wodurch überschüssige Wärme in die natürliche Umgebung gelangt..
Waldbrände sind heutzutage ein weit verbreitetes Phänomen und werden in vielen Fällen direkt oder indirekt von Menschen verursacht. Das Verbrennen großer Waldmassen überträgt enorme Wärmemengen hauptsächlich an die Luft und den Boden.
Klimaanlagen verändern nicht nur die Temperatur im Innenbereich, sondern verursachen auch Ungleichgewichte im Außenbereich. Zum Beispiel geben Klimaanlagen 30% mehr nach außen ab als die Wärme, die sie von innen abführen.
Nach Angaben der Internationalen Energieagentur gibt es weltweit rund 1.600 Millionen Klimaanlagen. Ebenso erzeugen Kühlschränke, Kühlschränke, Keller und alle Geräte, die zur Senkung der Temperatur in einem geschlossenen Bereich ausgelegt sind, thermische Verschmutzung..
Tatsächlich beinhalten alle industriellen Transformationsprozesse die Übertragung von Wärme an die Umwelt. Einige Branchen tun dies mit besonders hohen Raten, beispielsweise für die Gasverflüssigung, Metallurgie und Glasherstellung.
Die Regasifizierungs- und Verflüssigungsindustrie verschiedener industrieller und medizinischer Gase erfordert Kühlprozesse. Diese Prozesse sind endotherm, dh sie absorbieren Wärme, indem sie die Umgebung abkühlen..
Hierzu wird Wasser verwendet, das bei einer niedrigeren Temperatur als der ursprünglichen in die Umgebung zurückgeführt wird..
Hochschmelzöfen geben Wärme an die Umwelt ab, da sie Temperaturen über 1.500 ºC erreichen. Andererseits verwenden die Materialkühlungsprozesse Wasser, das bei einer höheren Temperatur wieder in die Umgebung gelangt..
Beim Schmelzen und Formen des Materials werden Temperaturen von bis zu 1.600 ºC erreicht. In diesem Sinne ist die durch diese Branche verursachte thermische Verschmutzung insbesondere im Arbeitsumfeld erheblich..
Glühlampen oder Scheinwerfer und Leuchtstofflampen geben Energie in Form von Wärme an die Umgebung ab. Aufgrund der hohen Konzentration von Lichtquellen in städtischen Gebieten wird dies zu einer Quelle erheblicher thermischer Verschmutzung.
Verbrennungsmotoren können wie in Autos etwa 2.500 ° C erzeugen. Diese Wärme wird über das Kühlsystem, insbesondere über den Kühler, an die Umgebung abgegeben..
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass in einer Stadt täglich Hunderttausende von Fahrzeugen zirkulieren, kann auf die übertragene Wärmemenge geschlossen werden.
In der Praxis ist eine Stadt eine Quelle thermischer Verschmutzung, da viele der bereits genannten Faktoren in ihr vorhanden sind. Eine Stadt ist jedoch ein System, dessen thermischer Effekt im Rahmen ihrer Umgebung eine Wärmeinsel bildet..
Albedo bezieht sich auf die Fähigkeit eines Objekts, Sonnenstrahlung zu reflektieren. Abgesehen von dem Kalorienbeitrag, den jedes vorhandene Element (Automobile, Häuser, Industrien) leisten kann, übt die städtische Struktur eine signifikante Synergie aus.
Beispielsweise weisen Materialien in städtischen Zentren (hauptsächlich Beton und Asphalt) eine niedrige Albedo auf. Dies führt dazu, dass sie sehr heiß werden, was zusammen mit der Wärme, die durch Aktivitäten in der Stadt abgegeben wird, die thermische Verschmutzung erhöht.
Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass die Wärmeerzeugung durch menschliche Aktivitäten an einem warmen Tag in einer Stadt sehr hoch sein kann.
In Tokio gibt es beispielsweise einen Nettowärmeeintrag von 140 W / m2, was einem Temperaturanstieg von ungefähr 3 ºC entspricht. In Stockholm wird der Nettobeitrag auf 70 W / m2 geschätzt, was einem Temperaturanstieg von 1,5 ºC entspricht.
Der Anstieg der Wassertemperatur infolge thermischer Verschmutzung führt zu physikalischen Veränderungen. Beispielsweise nimmt der gelöste Sauerstoff ab und die Salzkonzentration nimmt zu, was sich auf aquatische Ökosysteme auswirkt..
In Gewässern, die saisonalen Veränderungen unterliegen (Wintergefrieren), verändert das Hinzufügen von heißem Wasser die natürliche Gefrierrate. Dies betrifft wiederum Lebewesen, die sich an diese Saisonalität angepasst haben..
In den Kühlsystemen thermoelektrischer Anlagen führt die Einwirkung hoher Temperaturen für bestimmte Organismen zu einem physiologischen Schock. In diesem Fall sind Phytoplankton, Zooplankton, Planktoneier und Larven, Fische und Wirbellose betroffen..
Viele Wasserorganismen, insbesondere Fische, reagieren sehr empfindlich auf die Wassertemperatur. Bei derselben Art variiert der ideale Temperaturbereich in Abhängigkeit von der Akklimatisationstemperatur jeder spezifischen Population..
Aufgrund dessen verursachen Temperaturschwankungen das Verschwinden oder die Migration ganzer Populationen. Somit kann das Abwasser einer thermoelektrischen Anlage die Temperatur um 7,5 bis 11 ° C (Süßwasser) und 12 bis 16 ° C (Salzwasser) erhöhen..
Dieser Hitzeschock kann zum schnellen Tod führen oder Nebenwirkungen hervorrufen, die das Überleben der Bevölkerung beeinträchtigen. Unter anderem verringert das Erhitzen des Wassers den im Wasser gelösten Sauerstoff, was zu Hypoxieproblemen führt..
Dieses Phänomen wirkt sich ernsthaft auf aquatische Ökosysteme aus und führt sogar zum Verschwinden des Lebens in ihnen. Es beginnt mit der Vermehrung von Algen, Bakterien und Wasserpflanzen infolge künstlicher Nährstoffeinträge in das Wasser..
Wenn die Populationen dieser Organismen zunehmen, verbrauchen sie den im Wasser gelösten Sauerstoff und verursachen den Tod von Fischen und anderen Arten. Der Anstieg der Wassertemperatur trägt zur Eutrophierung bei, indem gelöster Sauerstoff reduziert und Salze konzentriert werden, was das Wachstum von Algen und Bakterien begünstigt..
Bei Luft beeinflussen Temperaturschwankungen physiologische Prozesse und das Verhalten von Arten. Viele Insekten verringern ihre Fruchtbarkeit bei Temperaturen über bestimmten Werten.
Ebenso sind Pflanzen für ihre Blüte temperaturempfindlich. Die globale Erwärmung führt dazu, dass einige Arten ihre geografische Reichweite erweitern, während andere dies als eingeschränkt ansehen.
Ungewöhnlich hohe Temperaturen beeinträchtigen die menschliche Gesundheit und es kann zu einem sogenannten Wärmeschock oder Hitzschlag kommen. Dies besteht aus einer akuten Dehydration, die zu einer Lähmung verschiedener lebenswichtiger Organe und sogar zum Tod führen kann..
Hitzewellen können Hunderte und sogar Tausende von Menschen verursachen, wie in Chicago (USA), wo 1995 ungefähr 700 Menschen starben. Inzwischen haben die Hitzewellen in Europa zwischen 2003 und 2010 den Tod von Tausenden von Menschen verursacht.
Andererseits wirken sich hohe Temperaturen negativ auf die Gesundheit von Menschen mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen aus. Diese Situation ist besonders schwerwiegend bei Bluthochdruck..
Plötzliche Temperaturschwankungen können das Immunsystem schwächen und den Körper anfälliger für Atemwegserkrankungen machen.
Wärmeverschmutzung ist in einigen Branchen ein arbeitsmedizinischer Faktor, beispielsweise in der Metallurgie und im Glas. Hier sind die Arbeiter Strahlungswärme ausgesetzt, die schwerwiegende gesundheitliche Probleme verursachen kann..
Obwohl offensichtlich Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, ist die thermische Verschmutzung erheblich. Zu den Bedingungen gehören Hitzeerschöpfung, Hitzeschock, extreme Strahlungswärmeverbrennungen und Fruchtbarkeitsprobleme.
Der Anstieg der globalen Temperatur führt dazu, dass bisher auf bestimmte tropische Gebiete beschränkte Krankheiten ihren Wirkungsradius erweitern.
Im April 2019 fand in Amsterdam der 29. Europäische Kongress für klinische Mikrobiologie und Infektionskrankheiten statt. In diesem Fall wurde darauf hingewiesen, dass sich Krankheiten wie Chikungunya, Dengue-Fieber oder Leishmaniose auf Europa ausbreiten können.
In ähnlicher Weise kann eine durch Zecken übertragene Enzephalitis von demselben Phänomen betroffen sein..
Es geht darum, die Nettowärmebeiträge zur Umwelt zu reduzieren und zu verhindern, dass die erzeugte Wärme in der Atmosphäre eingeschlossen wird.
Thermoelektrische Anlagen verursachen den größten Beitrag der thermischen Verschmutzung in Bezug auf die Nettowärmeübertragung an die Atmosphäre. In diesem Sinne ist es zur Verringerung der thermischen Verschmutzung unerlässlich, fossile Brennstoffe durch saubere Energien zu ersetzen.
Solar-, Wind- (Wind-) und Wasserkraft- (Wasser-) Energieerzeugungsprozesse führen zu sehr geringen Restwärmeeinträgen. Gleiches gilt für andere Alternativen wie Wellenenergie (Wellen) und Geothermie (Erdwärme).,
Thermoelektrische Anlagen und Industrien, deren Prozesse Kühlsysteme erfordern, können Systeme mit geschlossenem Regelkreis verwenden. Mechanische Wärmediffusionssysteme können ebenfalls eingebaut werden, um die Wassertemperatur zu senken..
Die Kraft-Wärme-Kopplung besteht aus der gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie und nützlicher Wärmeenergie wie Dampf oder heißem Wasser. Zu diesem Zweck wurden Technologien entwickelt, mit denen die in industriellen Prozessen erzeugte Restwärme zurückgewonnen und genutzt werden kann..
Beispielsweise entwickelt das von der Europäischen Kommission finanzierte INDUS3ES-Projekt ein System, das auf einem „Wärmetransformator“ basiert. Dieses System ist in der Lage, Niedertemperatur-Restwärme (70 bis 110 ºC) zu absorbieren und auf eine höhere Temperatur (120-150 ºC) zurückzuführen..
Komplexere Systeme können andere Dimensionen der Energieerzeugung oder -umwandlung umfassen.
Unter diesen haben wir eine Kraft-Wärme-Kopplung, die neben der Erzeugung von Strom und Wärme auch Kühlprozesse umfasst. Wenn zusätzlich mechanische Energie erzeugt wird, spricht man von Tetrageneration.
Einige Systeme sind CO2-Fallen und erzeugen nicht nur Strom, Wärme und mechanische Energie. In diesem Fall sprechen wir von vier Generationen. Alle diese Systeme tragen auch zur Reduzierung der CO2-Emissionen bei..
Da die globale Erwärmung das Phänomen der thermischen Verschmutzung mit den größten Auswirkungen auf den Planeten ist, ist ihre Minderung erforderlich. Um dies zu erreichen, müssen vor allem die Treibhausgasemissionen einschließlich CO2 reduziert werden.
Die Reduzierung der Emissionen erfordert eine Änderung des Musters der wirtschaftlichen Entwicklung, indem saubere Energie durch fossile Energiequellen ersetzt wird. Dies reduziert in der Tat die Emission von Treibhausgasen und die Erzeugung von Abwärme..
Eine Alternative, die von einigen thermoelektrischen Anlagen verwendet wird, ist der Bau von Kühlteichen. Seine Funktion besteht darin, das aus dem Kühlsystem stammende Wasser auszuruhen und abzukühlen, bevor es an seine natürliche Quelle zurückgeführt wird..
Kernkraftwerke erzeugen elektrische Energie aus der Zersetzung von radioaktivem Material. Dies erzeugt viel Wärme und erfordert ein Kühlsystem.
Das Kernkraftwerk Santa María de Garoña (Spanien) war ein 1970 eingeweihtes Kraftwerk vom Typ BWR (Siedewasserreaktor). Das Kühlsystem verbrauchte 24 Kubikmeter Wasser pro Sekunde aus dem Ebro.
Nach dem ursprünglichen Projekt würde das in den Fluss zurückgeführte Abwasser 3 ºC in Bezug auf die Flusstemperatur nicht überschreiten. In einem Greenpeace-Bericht, der von einem unabhängigen Umweltunternehmen bestätigt wurde, wurden 2011 deutlich höhere Temperaturerhöhungen festgestellt.
Das Wasser im Bereich der Verschüttung erreichte 24 ºC (von 6,6 bis 7 ºC natürliches Flusswasser). Dann, vier Kilometer stromabwärts vom Überlaufgebiet, überschritt es 21 ºC. Die Anlage wurde am 16. Dezember 2012 eingestellt.
In Städten gibt es immer mehr Klimaanlagen, um die Umgebungstemperatur in der heißen Jahreszeit zu senken. Diese Geräte saugen heiße Luft von innen ab und verteilen sie nach außen.
Sie sind in der Regel nicht hocheffizient und geben daher noch mehr Wärme nach außen ab als nach innen. Diese Systeme sind daher eine relevante Quelle für thermische Verschmutzung.
In Madrid erhöhen die in der Stadt vorhandenen Klimaanlagen die Umgebungstemperatur um bis zu 1,5 oder 2 ºC.
Margarine ist ein Ersatz für Butter, die durch Hydrierung von Pflanzenölen gewonnen wird. Die Hydrierung erfordert die Sättigung von Pflanzenöl mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen und Drücken.
Dieser Prozess erfordert ein Kühlsystem auf Wasserbasis, um die erzeugte Abwärme zu erfassen. Wasser nimmt Wärme auf, erhöht die Temperatur und wird dann an die Umwelt zurückgegeben.
In einem peruanischen Margarine produzierenden Unternehmen verursachte ein heißer Wasserfluss (35 ° C) eine thermische Verschmutzung des Meeres. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, implementierte das Unternehmen ein KWK-System, das auf einem geschlossenen Kühlkreislauf basiert.
Durch dieses System war es möglich, das heiße Wasser wiederzuverwenden, um das in den Kessel eintretende Wasser vorzuwärmen. Auf diese Weise wurden Wasser und Energie gespart und der Fluss von heißem Wasser zum Meer reduziert..
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