Caratteristiche dell'inquinamento termico, conseguenze, esempi

IL Contaminazione termica si verifica quando un fattore provoca un cambiamento indesiderabile o dannoso della temperatura ambiente. Il mezzo più colpito da questo inquinamento è l'acqua, tuttavia può anche colpire aria e suolo.

La temperatura media dell'ambiente può essere alterata sia da cause naturali che da azioni umane (antropogeniche). Tra le cause naturali ci sono incendi boschivi non provocati e eruzioni vulcaniche.

Temperatura superficiale terrestre. Fonte: https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/file: surfacetemperature.Jpg

Tra le cause antropogeniche ci sono la generazione di elettricità, la produzione di gas serra e processi industriali. Allo stesso modo, i sistemi di raffreddamento e condizionamento dell'aria contribuiscono.

Il fenomeno dell'inquinamento termico più rilevante è il riscaldamento globale, il che implica l'aumento della temperatura media planetaria. Ciò è dovuto all'effetto serra così chiamato e ai contributi netti del calore residuo da parte dell'essere umano.

L'attività che genera la più contaminazione termica è la produzione di elettricità dalla combustione dei combustibili fossili. Bruciando il carbone o i derivati ​​del petrolio, il calore viene diffuso e viene prodotta CO2, gas serra principale.

L'inquinamento termico provoca cambiamenti fisici, chimici e biologici che producono un impatto negativo sulla biodiversità. La proprietà più rilevante delle alte temperature è la sua potenza catalitica e include le reazioni metaboliche che si verificano negli organismi viventi.

Gli esseri viventi richiedono condizioni di ampiezza della variazione di temperatura determinata per sopravvivere. Ecco perché qualsiasi alterazione di tale ampiezza può implicare la diminuzione delle popolazioni, la loro migrazione o la loro estinzione.

D'altra parte, l'inquinamento termico influisce direttamente sulla salute umana causando l'esaurimento da calore, lo shock termico e aggrava le malattie cardiovascolari. Inoltre, il riscaldamento globale fa sì che le malattie tropicali espandano la sua gamma di azioni geografiche.

Prevenire l'inquinamento termico richiede di modificare le modalità di sviluppo economico e le abitudini della società moderna. Ciò a sua volta implica l'implementazione di tecnologie che riducono l'impatto termico sull'ambiente.

Ci sono alcuni esempi di contaminazione termica qui come la centrale nucleare di Santa María de Garoña (Burgos, Spagna) che operavano tra il 1970 e il 2012. Questo centrale ha versato le acque calde del suo sistema di raffreddamento sul fiume Ebro aumentando fino a 10 ºC la sua temperatura naturale.

Un altro caso caratteristico di inquinamento termico è fornito dall'uso di dispositivi di condizionamento. La proliferazione di questi sistemi per ridurre la temperatura aumenta la temperatura di una città come Madrid fino a 2 ° C.

Infine, il caso positivo di una società di produzione di margarina in Perù che utilizza l'acqua per refrigerare il sistema risultante e l'acqua calda è stato restituito al mare. Pertanto, sono riusciti a risparmiare energia, acqua e ridurre i contributi dell'acqua calda all'ambiente.

[TOC]

Caratteristiche

- Inquinamento da calore e termico

L'inquinamento termico deriva dalla trasformazione di altre energie da quando tutta l'energia durante la distribuzione genera calore. Ciò consiste nell'accelerazione del movimento delle particelle medi.

Pertanto il calore è un trasferimento di energia tra due sistemi a temperature diverse.

Temperatura

La temperatura è una grandezza che misura l'energia cinetica di un sistema, cioè il movimento medio delle sue molecole. Questo movimento può essere traduzione come in un gas o vibrazioni come in un solido.

È misurato dal termometro, di cui esistono vari tipi della dilatazione ed elettronica più comuni.

Il termometro di dilatazione si basa sul coefficiente di dilatazione di determinate sostanze. Queste sostanze quando sono allungate e la loro ascesa segna una scala graduata.

Il termometro elettronico si basa sulla trasformazione dell'energia termica in elettrico tradotto in una scala numerica.

La scala più comune utilizzata è quella proposta da Anders Celsius (ºC, gradi Celsius o Celsius). In esso il 0 ºC corrisponde al punto di congelamento dell'acqua e al punto di ebollizione da 100 ºC.

- Termodinamica e inquinamento termico

La termodinamica è il ramo della fisica che studia interazioni termiche con altre forme di energia. La termodinamica contempla quattro principi fondamentali:

- Due oggetti con temperature diverse si scambieranno calore fino al raggiungimento dell'equilibrio.

- L'energia non viene creata o distrutta, viene solo trasformata.

- Una forma di energia non può essere completamente trasformata in un'altra senza perdita di calore. E il flusso di calore sarà del più caldo almeno caldo, mai al contrario.

- Non è possibile raggiungere una temperatura pari a zero assoluto.

Questi principi applicati all'inquinamento termico determinano che ogni processo fisico genera il trasferimento di calore e produce contaminazione termica. Inoltre, può verificarsi a causa dell'aumento o della diminuzione della temperatura del mezzo.

Si ritiene che l'aumento o la diminuzione della temperatura sia inquinante quando esce dai parametri vitali.

- Temperatura vitale

La temperatura è uno degli aspetti fondamentali per il verificarsi della vita come la conosciamo. L'ampiezza della variazione di temperatura che consente la maggior parte della vita attiva varia da -18 ºC a 50 ºC.

Potrebbero esserci organismi viventi in uno stato latente a temperature di -200 ºC e 110 ºC, tuttavia sono casi rari.

Batteri termofili

Alcuni batteri chiamati termofili possono esistere a temperature fino a 100 ºC a condizione che vi sia acqua liquida. Questa condizione si verifica ad alte pressioni nel fondo del mare in aree di camini idrotermali.

Può servirti: scarsità d'acqua: cause, conseguenze, soluzioni ed esempi

Ciò indica che la definizione di inquinamento termico in un mezzo è relativa e dipende dalle caratteristiche naturali dell'ambiente. È anche correlato ai requisiti degli organismi che abitano una determinata area.

Essere umano

Nell'uomo, la normale temperatura corporea va da 36,5 ºC a 37,2 ºC e la capacità omeostatica (compensare le variazioni esterne) è limitata. Le temperature inferiori a 0 ºC per tempi prolungati e senza alcuna protezione artificiale causano la morte.

Allo stesso modo, le temperature superiori a 50 ºC sono costantemente molto difficili da compensare a lungo termine.

- Inquinamento termico e mezzo

In acqua, l'inquinamento termico provoca un effetto più immediato poiché il calore è più lentamente dissipato. Nell'aria e sul pavimento l'inquinamento termico ha effetti meno schiaccianti perché il calore si dissipa con una velocità maggiore.

D'altra parte, in piccole aree la capacità dell'ambiente di dissipare grandi quantità di calore è molto limitata.

Effetto catalitico del calore

Il calore ha un effetto catalitico sulle reazioni chimiche, cioè accelera tali reazioni. Questo effetto è il fattore principale attraverso il quale l'inquinamento termico può avere conseguenze negative per l'ambiente.

Pertanto, alcuni gradi di differenza di differenza possono sparare reazioni che altrimenti si verificherebbero.

Cause

- Il riscaldamento globale

La Terra ha attraversato cicli di medie alte e basse durante la sua storia geologica. In questi casi, le fonti dell'aumento della temperatura del pianeta erano di natura naturale come il sole e l'energia geotermica.

Attualmente, il processo di riscaldamento globale è associato alle attività svolte dall'essere umano. In questo caso, il problema principale è la diminuzione del tasso di dissipazione di detto calore verso la stratosfera.

Ciò si verifica principalmente a causa dell'emissione di gas serra da parte dell'attività umana. Tra questi includono l'industria, il traffico veicolare e la combustione dei combustibili fossili.

Il riscaldamento globale oggi rappresenta il più grande e pericoloso processo di contaminazione termica che esiste. Inoltre, l'emissione di calore dovuta all'uso globale di combustibili fossili incorpora il calore aggiuntivo al sistema.

- Piante termoelettriche

Un impianto termoelettrico è un complesso industriale per produrre elettricità da un combustibile. Detto carburante può essere fossile (carbone, olio o derivati) o un materiale radioattivo (per esempio uranio).

Endesa come Pontes Termoelectric Central (Spagna). Fonte: Immagine Provid di ☣ Banjo [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Questo sistema richiede refrigerazione di turbine o reattori e per questa acqua viene utilizzata. Nella sequenza di raffreddamento, un grande volume d'acqua viene estratto da una fonte comoda e fredda (un fiume o il mare).

Successivamente, le pompe lo costringono attraverso i tubi circondati dal vapore di acqua calda. Il calore passa dal vapore all'acqua di raffreddamento e l'acqua riscaldata viene restituita alla fonte che trasporta il calore in eccesso nell'ambiente naturale.

- incendi boschivi

Gli incendi boschivi sono un fenomeno comune oggi, essendo in molti casi causati direttamente o indirettamente dall'essere umano. La combustione di grandi masse boscose trasferisce enormi quantità di calore principalmente nell'aria e nel terreno.

- Apparato di aria condizionata e sistemi di raffreddamento

I dispositivi di condizionamento dell'aria non solo alterano la temperatura dell'area interna, ma causano squilibri nell'area esterna. Ad esempio, i condizionatori d'aria si dissipano il 30% in più rispetto al calore che estraggono dall'interno.

Secondo l'Agenzia internazionale energetica ce ne sono circa 1.600 milioni di dispositivi di condizionamento dell'aria nel mondo. Allo stesso modo, i frigoriferi, i frigoriferi, le cavalle e qualsiasi attrezzatura destinata ad abbassare la temperatura in un'area chiusa genera l'inquinamento termico.

- Processi industriali

In effetti, tutti i processi di trasformazione industriale comportano il trasferimento di calore nell'ambiente. Alcune industrie lo fanno a tassi particolarmente elevati come quelli dedicati al gas, alla metallurgia e alla produzione di vetro.

Gas liquefatto

Le industrie di regolazione e liquefazione di vari gas industriali e medici richiedono processi di refrigerazione. Questi processi sono endotermici, cioè assorbono il raffreddamento di calore nell'ambiente circostante.

Per questo, viene utilizzata l'acqua che viene restituita all'ambiente a una temperatura inferiore rispetto alla iniziale.

Metallurgico

I forni ad alta fonderia emettono calore all'ambiente, poiché raggiungono le temperature superiori a 1.500 ºC. D'altra parte, i processi di raffreddamento dei materiali utilizzano acqua che regala con maggiore temperatura all'ambiente.

Produzione di vetro

Nei processi fusi e di stampaggio del materiale, vengono raggiunte temperature fino a 1.600 ºC. In questo senso, l'inquinamento termico generato da questo settore è considerevole, specialmente nell'ambiente di lavoro.

- Sistemi di illuminazione

Lampade a incandescenza o riflettori e lampade fluorescenti dissipano l'energia sotto forma di calore all'ambiente. A causa dell'elevata concentrazione di fonti di illuminazione nelle aree urbane, diventa un focus significativo della contaminazione termica.

- Motori a combustione interna

I motori a combustione interna, come le auto, possono generare circa 2.500 ºC. Questo calore viene dissipato nell'ambiente attraverso il sistema di raffreddamento, in particolare attraverso il radiatore.

Tenendo conto del fatto che centinaia di migliaia di veicoli circolano ogni giorno, è possibile dedurre la quantità di calore trasferita.

- Centri urbani

In pratica, una città è al centro della contaminazione termica dovuta all'esistenza di molti dei fattori già indicati. Tuttavia, una città è un sistema il cui effetto termico diventa un'isola di calore nel quadro di ciò che ha.

Può servirti: quali sono gli elementi naturali?Isole di calore in Spagna. Fonte: Galjundi7 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Effetto albedo

L'albedo si riferisce alla capacità di un oggetto di riflettere le radiazioni solari. Oltre al contributo calorico che ogni elemento presente può fare (automobili, case, industrie), la struttura urbana esercita una significativa sinergia.

Ad esempio, i materiali nei centri urbani (principalmente in cemento e asfalto) hanno un albedo basso. Questo li rende caldi, ciò che legato al calore emesso dall'attività in città migliora la contaminazione termica.

Contributi netti di calore urbano

Varie ricerche hanno dimostrato che la generazione di calore per attività umane per una giornata calda in una città può essere molto elevata.

Ad esempio, a Tokyo c'è un contributo di calore netto di 140 W/m2, equivalente a un aumento della temperatura di circa 3 ° C. A Stoccolma il contributo netto è stimato a 70 W/m2, equivalente ad un aumento di 1,5 ºC a temperatura.

Conseguenze

- Cambiamenti nelle proprietà dell'acqua fisica

L'aumento del prodotto di temperatura dell'acqua dell'inquinamento termico provoca cambiamenti fisici in questo. Ad esempio, ridurre l'ossigeno disciolto e aumentare i sali influenzando gli ecosistemi acquatici.

Nei corpi idrici soggetti a cambiamenti stagionali (congelamento invernale), Aggiungi acqua calda altera la frequenza di congelamento naturale. Questo a sua volta colpisce gli esseri viventi che si sono adattati a quella stagionalità.

- Impatto sulla biodiversità

Vita acquatica

Nei sistemi di raffreddamento delle piante termoelettriche, l'esposizione ad alte temperature produce shock fisiologico per alcuni organismi. In questo caso il fitoplancton, lo zooplancton, le uova e le larve di plancton, pesce e invertebrati sono colpiti.

Molti organismi acquatici, in particolare i pesci sono molto sensibili alla temperatura dell'acqua. Nella stessa specie l'intervallo di temperatura ideale varia a seconda della temperatura di acclimatazione di ciascuna popolazione specifica.

Per questo motivo, le variazioni di temperatura causano scomparsa o migrazione di intere popolazioni. Pertanto, l'acqua di scarico di un impianto termoelettrico può aumentare la temperatura di 7,5-11 ºC (acqua dolce) e 12-16 ºC (acqua salata).

Questo shock termico può portare a una rapida morte o indurre effetti collaterali che influenzano la sopravvivenza delle popolazioni. Tra gli altri effetti, il riscaldamento dell'acqua diminuisce l'ossigeno disciolto in acqua, causando problemi di ipossia.

Eutrofizzazione

Questo fenomeno colpisce gravemente gli ecosistemi acquatici causando persino la scomparsa della vita in essi. Inizia con la proliferazione di alghe, batteri e piante acquatiche Prodotto di contributi nutrienti artificiali all'acqua.

Aumentando le popolazioni di questi organismi, consumano l'ossigeno disciolto nell'acqua causando la morte di pesci e altre specie. L'aumento della temperatura dell'acqua contribuisce all'eutrofizzazione diminuendo l'ossigeno disciolto e concentrando i sali, favorendo la crescita di alghe e batteri.

Vita a terra

In caso di aria, le variazioni di temperatura influenzano i processi fisiologici e il comportamento delle specie. Molti insetti riducono la loro fertilità rispetto alle temperature al di sopra di determinati livelli.

Allo stesso modo, le piante sono sensibili alla temperatura per la fioritura. Il riscaldamento globale sta causando ad alcune specie per espandere la sua estensione geografica, mentre altre lo vedono limitato.

- Salute umana

Colpo di calore

Le temperature insolitamente alte influiscono sulla salute umana, possono verificarsi shock termico così chiamato o colpo di calore. Ciò consiste in disidratazione acuta che può causare la paralisi di vari organi vitali e persino causare la morte.

Le onde di calore arrivano a causare centinaia e persino migliaia di persone come a Chicago (USA), dove sono morte circa 700 persone nel 1995. Da parte loro, le onde di calore in Europa tra il 2003 e il 2010 hanno causato la morte di migliaia di persone.

Malattia cardiovascolare

D'altra parte, le alte temperature influiscono negativamente sul quadro di salute delle persone con malattie cardiovascolari. Questa situazione è particolarmente grave nei casi di ipertensione.

Cambiamenti di temperatura improvvisi

Variazioni di temperatura improvvise possono indebolire il sistema immunitario e rendere il corpo più suscettibile alle malattie respiratorie.

Igiene e ambiente di lavoro

L'inquinamento termico è un fattore di salute del lavoro in alcuni settori, ad esempio metallurgico e vetro. Qui i lavoratori sono sottoposti a calore radiante che può causare gravi problemi di salute.

Sebbene le misure di sicurezza siano ovviamente adottate, l'inquinamento termico è significativo. Tra le condizioni ci sono l'esaurimento da calore, le shock termiche, le ustioni di calore irradiate estreme e i problemi di fertilità.

Malattie tropicali

L'aumento della temperatura globale provoca le malattie finora limitate ad alcune aree tropicali per espandere il loro raggio di azione.

Nell'aprile 2019, il 29 ° Congresso europeo di microbiologia clinica e malattie infettive si è tenuta ad Amsterdam. Questo evento ha sottolineato che malattie come Chikungunya, Dengue o Leishmaniosi possono espandersi in Europa.

Allo stesso modo, l'encefalite trasmessa da zecche può essere influenzata dallo stesso fenomeno.

Come prevenirlo

Si tratta di ridurre i contributi di calore netti all'ambiente e impedire che il calore prodotto sia intrappolato nell'atmosfera.

- Uso di energia e tecnologie più efficienti per la generazione di elettricità

Fonti di energia

Le piante termoelettriche causano il maggiore contributo della contaminazione termica in termini di trasferimento di calore netto nell'atmosfera. In questo senso, per ridurre l'inquinamento termico è essenziale sostituire le energie fossili con energia pulita.

Può servirti: ecologia culturale: caratteristiche, teorie, importanza

I processi di produzione solare, vento (vento) e idroelettrico (acqua) (acqua) apportano contributi residui molto bassi. Lo stesso accade con altre alternative come Olamotriz Energy (Waves) e Geotermal (Earth Heat),

Tecnologie

Piante e industrie termoelettriche i cui processi richiedono sistemi di raffreddamento possono utilizzare sistemi a circuito chiuso. Possono anche essere incorporati i sistemi di diffusione del calore meccanico che contribuiscono a ridurre la temperatura dell'acqua.

- Cogenerazione

La cogenerazione consiste nel produrre contemporaneamente elettricità e energia termica utile come vapore acqueo o acqua calda. Per questo, sono state sviluppate tecnologie che consentono di recuperare e sfruttare il calore residuo generato nei processi industriali.

Ad esempio, il progetto Indus3es finanziato dalla Commissione europea sta sviluppando un sistema basato su un "trasformatore di calore". Questo sistema è in grado di assorbire il calore residuo a bassa temperatura (da 70 a 110 ºC) e restituirlo a una temperatura più alta (120-150 ºC).

Altre dimensioni della generazione di energia

Sistemi più complessi possono includere altre dimensioni della produzione di energia o della trasformazione.

Tra questi abbiamo la trigenerazione che consiste nell'incorporare processi di refrigerazione oltre alla generazione di elettricità e calore. Inoltre, se viene generata anche l'energia meccanica, viene discussa la tetragenerazione.

Alcuni sistemi sono trappole di CO2, oltre a produrre elettricità, energia termica e meccanica, nel qual caso si parla di quadrigenerazione. Tutti questi sistemi contribuiscono inoltre a ridurre le emissioni di CO2.

- Ridurre l'emissione di gas serra

Poiché il riscaldamento globale è il fenomeno dell'inquinamento termico di maggiore impatto sul pianeta, la sua mitigazione è necessaria. Per raggiungere questo obiettivo, la cosa principale è ridurre le emissioni di gas serra, tra cui CO2.

La riduzione delle emissioni richiede un cambiamento nel modello di sviluppo economico, sostituendo le fonti di energia fossile con energia pulita. In effetti, ciò riduce l'emissione di gas serra e produzione di calore residuo.

- Periodo di raffreddamento dell'acqua di raffreddamento

Un'alternativa utilizzata da alcuni impianti termoelettrici è la costruzione di lacune di raffreddamento. La sua funzione è quella di riposare e raffreddare le acque derivate dal sistema di raffreddamento prima di restituirle alla loro fonte naturale.

Esempi di contaminazione termica

Brayton's Thermoelectric Central (Stati Uniti). Fonte: Wikimaster97Commons [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Centrale nucleare di Santa María de Garoña

Le centrali nucleari producono elettricità dalla decomposizione del materiale radioattivo. Questo genera molto calore, è necessario un sistema di raffreddamento.

La centrale nucleare di Santa María de Garoña (Spagna) era una centrale elettrica di tipo BWR (reattore d'acqua bollente o reattore d'acqua bollente) inaugurata nel 1970. Il suo sistema di raffreddamento ha utilizzato 24 metri cubi d'acqua al secondo del fiume Ebro.

Secondo il progetto originale, le acque reflue sono tornate sul fiume non avrebbero superato i 3 ºC rispetto alla temperatura del fiume. Nel 2011 un rapporto di Greenpeace, corroborato da una società ambientale indipendente, ha determinato aumenti di temperatura molto più elevati.

L'acqua nell'area di scarico ha raggiunto 24 ºC (da 6,6 a 7 ° C dell'acqua naturale del fiume). Quindi, a quattro chilometri, sedie sotto la zona di scarico, ha superato i 21 ºC. Il centro ha cessato le sue operazioni il 16 dicembre 2012.

Dispositivi di aria condizionata a Madrid (Spagna)

Nelle città ci sono sempre più sistemi di condizionamento dell'aria per ridurre la temperatura ambiente nella stazione calda. Questi dispositivi funzionano estraendo aria calda dall'interno e diffondendolo all'esterno.

Di solito non sono alta efficienza, quindi diffondono ancora più calore di quello che estraggono dall'interno. Questi sistemi sono quindi una fonte rilevante di contaminazione termica.

A Madrid il set di condizionatori d'aria presenti in città aumenta la temperatura ambiente fino a 1,5 o 2 ºC.

Un esempio positivo: la Margarina che produce impianto in Perù

La margarina è un sostituto del burro ottenuto mediante idrogenazione degli oli vegetali. L'idrogenazione richiede idrogeno con alte temperature e pressioni con idrogeno.

Questo processo richiede un sistema di raffreddamento basato sull'acqua per catturare il calore residuo generato. L'acqua assorbe il calore e aumenta la temperatura, quindi tornando all'ambiente.

In un'azienda peruviana che produce Margarina, un flusso di acqua calda (35 ºC) ha causato l'inquinamento termico nel mare. Per contrastare questo effetto, l'azienda ha implementato un sistema di cogenerazione basato su un circuito di raffreddamento chiuso.

Attraverso questo sistema è stato possibile riutilizzare l'acqua calda per preriscaldare l'acqua di ingresso nella caldaia. In questo modo l'acqua, l'energia è stata salvata e il flusso di acqua calda sul mare è ridotto.

Riferimenti

1. Burkart K, Schneider A, Breitner S, Khan MH, Krämer A e Endlich W (2011). L'effetto delle condizioni tematiche atmosferiche e dell'inquinamento termico urbano sulla mortalità per tutte le cause e cardiovascolari in Bangladesh. Inquinamento ambientale 159: 2035-2043.
2. Cutant CC e Brook AJ (1970). Aspetti biologici dell'inquinamento termico i. Effetti del canale di entrata e scarico ∗. C R C Recensioni critiche nel controllo ambientale 1: 341-381.
3. Davidson B e Bradshaw RW (1967). Inquinamento termico dei sistemi idrici. Scienze ambientali e tecnologia 1: 618-630.
4. Dingman SL, Weeks WF e Yen YC (1968). Gli effetti dell'inquinamento termico sulle condizioni del ghiaccio del fiume. Ricerca sulle risorse idriche 4: 349-362.
5. Galindo RJG (1988). Contaminazione negli ecosistemi costieri, un approccio ecologico. Università autonoma di Sinaloa, Messico. 58 p.
6. Progetto indus3es. (Visto il 12 agosto 2019). Indus3es.Unione Europea
7. Nordell B (2003). L'inquinamento termico provoca riscaldamento globale. Cambiamento globale e planetario 38: 305-12.