POLUAREA TERMICĂ: CARACTERISTICI, CONSECINȚE, EXEMPLE - MEDIU INCONJURATOR - 2025

Poluarea termică are loc atunci când un factor cauzează schimbări nedorite sau dăunătoare la temperatura mediului ambiant. Mediul cel mai afectat de această contaminare este apa, cu toate acestea poate afecta și aerul și solul.

Temperatura medie a mediului poate fi modificată atât de cauze naturale, cât și de acțiuni umane (antropice). Cauzele naturale includ incendiile forestiere neprovocate și erupțiile vulcanice.

Temperatura suprafeței Pământului. Sursa: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SurfaceTemperature.jpg

Printre cauzele antropice se numără generarea de energie electrică, producerea de gaze cu efect de seră și procese industriale. De asemenea, sistemele de refrigerare și climatizare contribuie.

Cel mai relevant fenomen de poluare termică este încălzirea globală, ceea ce implică o creștere a temperaturii medii planetare. Acest lucru se datorează așa-numitului efect de seră și contribuțiilor nete de căldură reziduală de către oameni.

Activitatea care generează cea mai mare poluare termică este producerea de energie electrică din arderea combustibililor fosili. Arderea cărbunelui sau produselor petroliere difuzează căldura și produce CO2, principalul gaz cu efect de seră.

Poluarea termică provoacă modificări fizice, chimice și biologice care au un impact negativ asupra biodiversității. Cea mai relevantă proprietate a temperaturilor ridicate este puterea sa catalitică și include reacțiile metabolice care apar în organismele vii.

Ființele vii necesită condiții cu o anumită amplitudine de variație a temperaturii pentru a supraviețui. Din acest motiv, orice alterare a acestei amplitudini poate implica scăderea populațiilor, migrația lor sau dispariția lor.

Pe de altă parte, poluarea termică afectează în mod direct sănătatea umană provocând epuizare termică, șoc termic și agravează bolile cardiovasculare. În plus, încălzirea globală provoacă extinderea geografică a bolilor tropicale.

Prevenirea poluării termice necesită modificarea modurilor de dezvoltare economică și a obiceiurilor societății moderne. La rândul său, aceasta implică implementarea tehnologiilor care reduc impactul termic asupra mediului.

Câteva exemple de poluare termică sunt prezentate aici, cum ar fi centrala nucleară Santa María de Garoña (Burgos, Spania) care a funcționat între 1970 și 2012. Această centrală a aruncat apa caldă din sistemul său de răcire în râul Ebro, crescând temperatura naturală cu până la 10 ºC.

Un alt caz caracteristic de poluare termică este oferit de utilizarea dispozitivelor de climatizare. Proliferarea acestor sisteme pentru reducerea temperaturii crește temperatura unui oraș precum Madrid cu până la 2ºC.

În cele din urmă, cazul pozitiv al unei companii producătoare de margarină din Peru care folosește apa pentru a răci sistemul și apa caldă rezultată este returnată în mare. Astfel, au reușit să economisească energie, apă și să reducă contribuția apei calde la mediu.

caracteristici

- Căldură și poluare termică

Poluarea termică este derivată din transformarea altor energii, deoarece toată energia atunci când este dislocată generează căldură. Aceasta constă în accelerarea mișcării particulelor mediului.

Prin urmare, căldura este un transfer de energie între două sisteme care sunt la temperaturi diferite.

Temperatura

Temperatura este o cantitate care măsoară energia cinetică a unui sistem, adică mișcarea medie a moleculelor sale. Mișcarea menționată poate fi de traducere ca într-un gaz sau vibrații ca într-un solid.

Se măsoară printr-un termometru, din care există diferite tipuri, cele mai frecvente fiind dilatarea și electronica.

Termometrul de expansiune se bazează pe coeficientul de expansiune al anumitor substanțe. Aceste substanțe, atunci când sunt încălzite, se întind și creșterea lor marchează o scară gradată.

Termometrul electronic se bazează pe transformarea energiei termice în energie electrică tradusă pe o scară numerică.

Cea mai comună scară folosită este cea propusă de Anders Celsius (ºC, grade Celsius sau centigrad). În ea, 0 ºC corespunde punctului de îngheț al apei și 100 ºC punctului de fierbere.

- Termodinamica și poluarea termică

Termodinamica este ramura fizicii care studiază interacțiunile de căldură cu alte forme de energie. Termodinamica are în vedere patru principii fundamentale:

- Două obiecte cu temperaturi diferite vor face schimb de căldură până când vor ajunge la echilibru.

- Energia nu este nici creată, nici distrusă, ci doar transformată.

- O formă de energie nu poate fi transformată complet în alta fără pierderea de căldură. Și fluxul de căldură va fi de la cel mai tare mediu la cel mai puțin cald, niciodată invers.

- Nu este posibilă atingerea unei temperaturi egale cu zero absolut.

Aceste principii aplicate poluării termice determină faptul că fiecare proces fizic generează transfer de căldură și produce poluare termică. Mai mult, poate fi produs fie prin creșterea, fie prin scăderea temperaturii mediului.

Se consideră că creșterea sau scăderea temperaturii este poluantă atunci când depășește parametrii vitali.

- temperatura vitală

Temperatura este unul dintre aspectele fundamentale pentru apariția vieții așa cum o cunoaștem. Gama de variații de temperatură care permite cea mai mare parte a vieții active variază de la -18ºC la 50ºC.

Organismele vii pot exista într-o stare latentă la temperaturi de -200 ºC și 110 ºC, cu toate acestea sunt cazuri rare.

Bacterii termofile

Anumite bacterii termofile pot exista la temperaturi de până la 100ºC, atâta timp cât există apă lichidă. Această afecțiune apare la presiuni mari pe fundul mării în zonele de evacuare a hidrotermului.

Aceasta ne spune că definiția poluării termice într-un mediu este relativă și depinde de caracteristicile naturale ale mediului. De asemenea, este legat de cerințele organismelor care locuiesc într-o anumită zonă.

Ființă umană

La om, temperatura normală a corpului variază între 36.5ºC și 37.2ºC, iar capacitatea homeostatică (pentru a compensa variațiile externe) este limitată. Temperaturile sub 0 ºC pentru perioade lungi și fără nicio protecție artificială provoacă moartea.

De asemenea, temperaturile peste 50 ºC în mod constant sunt foarte greu de compensat pe termen lung.

- Poluarea termică și mediul

În apă, poluarea termică are un efect mai imediat, deoarece aici căldura se disipează mai lent. În aer și pe sol, poluarea termică are efecte mai puțin puternice, deoarece căldura se disipează mai repede.

Pe de altă parte, în zone mici, capacitatea mediului de a disipa cantități mari de căldură este foarte limitată.

Efectul catalitic al căldurii

Căldura are un efect catalitic asupra reacțiilor chimice, adică accelerează aceste reacții. Acest efect este principalul factor prin care poluarea termică poate avea consecințe negative asupra mediului.

Astfel, câteva grade de diferență de temperatură pot declanșa reacții care altfel nu ar apărea.

cauze

- Încălzire globală

Pământul a trecut prin cicluri de temperaturi medii ridicate și mici de-a lungul istoriei sale geologice. În aceste cazuri, sursele creșterii temperaturii planetei au fost de natură naturală precum soarele și energia geotermală.

În prezent, procesul de încălzire globală este asociat cu activitățile desfășurate de ființele umane. În acest caz, problema principală este scăderea vitezei de disipare a căldurii menționate către stratosferă.

Acest lucru se produce în principal din cauza emisiilor de gaze cu efect de seră de către activitatea umană. Acestea includ industria, traficul de vehicule și arderea combustibililor fosili.

Încălzirea globală reprezintă astăzi cel mai mare și cel mai periculos proces de poluare termică care există. În plus, emisia de căldură din utilizarea globală a combustibililor fosili adaugă căldură suplimentară sistemului.

- Instalații termoelectrice

O uzină termoelectrică este un complex industrial conceput pentru a produce energie electrică din combustibil. Acest combustibil poate fi fosil (cărbune, petrol sau derivați) sau un material radioactiv (de exemplu, uraniu).

Centrala termoelectrică Endesa As Pontes (Spania). Sursa: Imagine furnizată de ☣Banjo

Acest sistem necesită răcirea turbinelor sau a reactoarelor și pentru această apă este utilizată. În secvența de răcire, un volum mare de apă este extras dintr-o sursă convenabilă, rece (un râu sau marea).

Ulterior, pompele îl forțează prin tuburi care sunt înconjurate de aburul de evacuare fierbinte. Căldura trece de la abur la apa de răcire, iar apa încălzită este returnată la sursă, aducând excesul de căldură în mediul natural.

- Incendii forestiere

Incendiile forestiere sunt astăzi un fenomen frecvent, fiind cauzate în multe cazuri direct sau indirect de ființe umane. Arderea maselor mari de pădure transferă cantități enorme de căldură în principal aerului și solului.

- Climatizatoare și sisteme de refrigerare

Dispozitivele de climatizare nu numai că modifică temperatura zonei interioare, dar provoacă dezechilibre în zona exterioară. De exemplu, aparatele de aer condiționat disipează la exterior cu 30% mai mult decât căldura pe care o extrag din interior.

Potrivit Agenției Internaționale pentru Energie, în lume există aproximativ 1.600 de milioane de aparate de aer condiționat. De asemenea, frigiderele, frigiderele, beciurile și orice echipament conceput pentru a scădea temperatura într-o zonă închisă generează poluare termică.

- Procese industriale

De fapt, toate procesele de transformare industrială implică transferul de căldură în mediu. Unele industrii fac acest lucru la viteze deosebit de mari, cum ar fi lichefierea gazelor, metalurgia și producția de sticlă.

Gazele lichefiate

Industriile de regasificare și lichefiere a diferitelor gaze industriale și medicale necesită procese de refrigerare. Aceste procese sunt endotermice, adică absorb caldura prin răcirea mediului inconjurator.

Pentru aceasta, se utilizează apă care este returnată mediului la o temperatură mai mică decât cea inițială.

Metalurgic

Cuptoarele de topire emit caldura in mediu, deoarece ating temperaturi peste 1.500 ºC. Pe de altă parte, procesele de răcire a materialelor folosesc apă care intră din nou în mediu la o temperatură mai ridicată.

Producția de sticlă

În procesele de topire și turnare a materialului se ating temperaturi de până la 1.600 ºC. În acest sens, poluarea termică generată de această industrie este considerabilă, mai ales în mediul de muncă.

- Sisteme de iluminat

Lămpile sau farurile incandescente și lămpile fluorescente disipă energia sub formă de căldură în mediu. Datorită concentrației mari de surse de iluminat în zonele urbane, aceasta devine o sursă de poluare termică semnificativă.

- Motoare de combustie internă

Motoarele cu combustie internă, precum cele din mașini, pot genera aproximativ 2.500ºC. Această căldură este disipată în mediu prin sistemul de răcire, în special prin calorifer.

Ținând cont de faptul că sute de mii de vehicule circulă zilnic într-un oraș, este posibil să deducem cantitatea de căldură transferată.

- Centre urbane

În practică, un oraș este o sursă de poluare termică datorită existenței în el a multor factori menționați deja. Cu toate acestea, un oraș este un sistem al cărui efect termic formează o insulă de căldură în cadrul împrejurimilor sale.

Insulele de căldură din Spania. Sursa: Galjundi7

Efect albedo

Albedo se referă la capacitatea unui obiect de a reflecta radiațiile solare. Dincolo de contribuția calorică pe care o poate aduce fiecare element prezent (automobile, case, industrii), structura urbană are o sinergie semnificativă.

De exemplu, materialele din centrele urbane (în principal din beton și asfalt) au un albedo scăzut. Acest lucru îi determină să se încălzească foarte mult, ceea ce împreună cu căldura emisă de activitatea din oraș crește poluarea termică.

Contribuții nete de căldură urbană

Diverse investigații au arătat că generarea de căldură prin activități umane în timpul unei zile fierbinți într-un oraș poate fi foarte mare.

De exemplu, la Tokyo există un aport de căldură net de 140 W / m2, echivalent cu o creștere a temperaturii de aproximativ 3 ºC. În Stockholm, contribuția netă este estimată la 70 W / m2, echivalentul unei creșteri a temperaturii cu 1,5 ºC.

Consecințe

- Modificări ale proprietăților fizice ale apei

Creșterea temperaturii apei ca urmare a poluării termice provoacă modificări fizice ale acesteia. De exemplu, reduce oxigenul dizolvat și crește concentrația de săruri, afectând ecosistemele acvatice.

În corpurile de apă supuse modificărilor sezoniere (înghețarea de iarnă), adăugarea de apă caldă modifică rata de îngheț naturală. La rândul său, acest lucru afectează viețuitoare care s-au adaptat la acea anotimp.

- Impactul asupra biodiversității

Viață acvatică

În sistemele de răcire a instalațiilor termoelectrice, expunerea la temperaturi ridicate produce un șoc fiziologic pentru anumite organisme. În acest caz, sunt afectate fitoplanctonul, zooplanctonul, ouăle și larvele planctonului, peștilor și nevertebratelor.

Multe organisme acvatice, în special pești, sunt foarte sensibile la temperatura apei. În aceeași specie, intervalul ideal de temperatură variază în funcție de temperatura de aclimatizare a fiecărei populații specifice.

Datorită acestui fapt, variațiile de temperatură determină dispariția sau migrarea populațiilor întregi. Astfel, apa de evacuare dintr-o instalație termoelectrică poate crește temperatura cu 7,5-11 ºC (apă dulce) și 12-16 ºC (apă sărată).

Acest șoc termic poate duce la moarte rapidă sau poate induce efecte secundare care afectează supraviețuirea populațiilor. Printre alte efecte, încălzirea apei scade oxigenul dizolvat în apă, cauzând probleme hipoxice.

eutrofizarea

Acest fenomen afectează serios ecosistemele acvatice, provocând chiar dispariția vieții în ele. Începe cu proliferarea algelor, bacteriilor și plantelor acvatice, ca urmare a contribuțiilor artificiale ale nutrienților la apă.

Pe măsură ce populațiile acestor organisme cresc, acestea consumă oxigen dizolvat în apă, determinând moartea peștilor și a altor specii. Creșterea temperaturii apei contribuie la eutrofizarea prin reducerea oxigenului dizolvat și concentrarea sărurilor, favorizând creșterea algelor și bacteriilor.

Viața terestră

În cazul aerului, variațiile de temperatură afectează procesele fiziologice și comportamentul speciilor. Multe insecte își diminuează fertilitatea la temperaturi peste anumite niveluri.

La fel, plantele sunt sensibile la temperatură pentru înflorirea lor. Încălzirea globală determină unele specii să-și extindă aria geografică, în timp ce altele o consideră restricționată.

- Sanatatea umana

Insolatia

Temperaturile neobișnuit de mari afectează sănătatea umană și pot apărea așa-numitele șocuri termice sau lovituri de căldură. Aceasta constă în deshidratarea acută care poate provoca paralizia diferitelor organe vitale și chiar duce la moarte.

Valurile de căldură pot provoca sute și chiar mii de oameni ca în Chicago (SUA), unde în 1995 au murit aproximativ 700 de oameni. Între timp, valurile de căldură din Europa între 2003 și 2010 au provocat moartea a mii de oameni.

Boli cardiovasculare

Pe de altă parte, temperaturile ridicate afectează negativ sănătatea persoanelor cu boli cardiovasculare. Această situație este deosebit de gravă în cazurile de hipertensiune arterială.

Schimbări bruște de temperatură

Variațiile bruște ale temperaturii pot slăbi sistemul imunitar și pot face organismul mai sensibil la boli respiratorii.

Igiena și mediul de lucru

Poluarea termică este un factor de sănătate în muncă în unele industrii, de exemplu metalurgia și sticla. Aici lucrătorii sunt supuși unei călduri radiante care pot cauza grave probleme de sănătate.

Deși sunt luate în mod evident măsuri de siguranță, poluarea termică este semnificativă. Condițiile includ epuizarea căldurii, șocul termic, arsurile termice radiate extreme și problemele de fertilitate.

Boli tropicale

Creșterea temperaturii globale determină ca bolile până acum limitate la anumite zone tropicale să-și extindă raza de acțiune.

În aprilie 2019, a avut loc la Amsterdam cel de-al 29-lea Congres European de Microbiologie Clinică și Boli Infecțioase. În acest caz, s-a subliniat că boli precum chikungunya, dengue sau leishmaniaza se pot răspândi în Europa.

În mod similar, encefalita transmisă de căpușe poate fi afectată de același fenomen.

Cum să o preveniți

Scopul este de a reduce contribuțiile nete de căldură la mediu și de a preveni căldura produsă să fie prinsă în atmosferă.

- Utilizarea de surse și tehnologii de energie mai eficiente pentru generarea de electricitate

Surse de energie

Centralele termoelectrice provoacă cea mai mare contribuție a poluării termice în ceea ce privește transferul net de căldură în atmosferă. În acest sens, pentru a reduce poluarea termică este esențial să înlocuim combustibilii fosili cu energii curate.

Procesele de producere a energiei solare, eoliene (eoliene) și hidroelectrice (apă) fac aporturi de căldură reziduală foarte scăzute. La fel se întâmplă și cu alte alternative, cum ar fi energia valurilor (valurile) și geotermele (căldura de pe pământ),

Tehnologii

Instalațiile termoelectrice și industriile ale căror procese necesită sisteme de răcire pot utiliza sisteme cu buclă închisă. Sistemele mecanice de difuzie a căldurii pot fi, de asemenea, încorporate pentru a ajuta la reducerea temperaturii apei.

- Cogenerare

Cogenerarea constă în producerea simultană a energiei electrice și a energiei termice utile, cum ar fi aburul sau apa caldă. Pentru aceasta, au fost dezvoltate tehnologii care permit recuperarea și profitarea căldurii uzate generate în procesele industriale.

De exemplu, proiectul INDUS3ES finanțat de Comisia Europeană dezvoltă un sistem bazat pe un „transformator de căldură”. Acest sistem este capabil să absoarbă căldura reziduală la temperaturi joase (70 până la 110 ºC) și să-l readucă la o temperatură mai ridicată (120-150 ºC).

Alte dimensiuni ale producerii de energie electrică

Sisteme mai complexe pot include alte dimensiuni ale producției sau transformării de energie.

Printre acestea avem trigenerare, care constă în încorporarea proceselor de răcire pe lângă generarea de energie electrică și căldură. În plus, dacă energia mecanică este generată suplimentar, vorbim de tetragenerare.

Unele sisteme sunt capcane CO2, pe lângă producerea de energie electrică, energie termică și mecanică, caz în care vorbim de patru generații. Toate aceste sisteme contribuie, de asemenea, la reducerea emisiilor de CO2.

- Reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră

Deoarece încălzirea globală este fenomenul de poluare termică cu cel mai mare impact asupra planetei, atenuarea acesteia este necesară. Pentru a realiza acest lucru, principalul lucru este reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, inclusiv CO2.

Reducerea emisiilor necesită o schimbare a modelului de dezvoltare economică, înlocuirea surselor de energie fosile cu energie curată. De fapt, aceasta reduce emisiile de gaze cu efect de seră și producția de căldură uzată.

- perioada de răcire a apei de răcire

O alternativă folosită de unele centrale termoelectrice este construcția iazurilor de răcire. Funcția sa este de a se odihni și răci apele derivate din sistemul de răcire înainte de a le readuce la sursa lor naturală.

Exemple de poluare termică

Centrala termoelectrică Brayton (Statele Unite). Sursa: Wikimaster97commons

Centrala nucleară Santa María de Garoña

Centralele nucleare produc energie electrică din descompunerea materialului radioactiv. Aceasta generează multă căldură, necesitând un sistem de răcire.

Centrala nucleară din Santa María de Garoña (Spania) a fost o centrală de generare de tip BWR (reactor cu apă clocotită) inaugurată în 1970. Sistemul său de răcire folosea 24 de metri cubi de apă pe secundă de râul Ebro.

Conform proiectului inițial, apele uzate returnate în râu nu vor depăși 3 ºC în ceea ce privește temperatura râului. În 2011, un raport Greenpeace, coroborat de o companie independentă de mediu, a constatat creșteri mult mai mari ale temperaturii.

Apa din zona deversării a atins 24ºC (6,6 până la 7ºC de apă naturală de râu). Apoi, la patru kilometri în aval de zona deversării, aceasta a depășit 21 ºC. Uzina a încetat să funcționeze la 16 decembrie 2012.

Aer condiționat în Madrid (Spania)

În orașe există tot mai multe sisteme de aer condiționat pentru a reduce temperatura mediului în sezonul cald. Aceste dispozitive funcționează extragând aer cald din interior și difuzându-l în exterior.

În general nu sunt extrem de eficiente, astfel încât difuzează și mai multă căldură în exterior decât extrag din interior. Prin urmare, aceste sisteme sunt o sursă relevantă de poluare termică.

La Madrid, setul de dispozitive de climatizare prezente în oraș ridică temperatura mediului cu până la 1,5 sau 2 ºC.

Un exemplu pozitiv: fabrica de margarină din Peru

Margarina este un substitut pentru untul obținut prin hidrogenarea uleiurilor vegetale. Hidrogenarea necesită saturarea uleiului vegetal cu hidrogen la temperaturi și presiuni ridicate.

Acest proces necesită un sistem de răcire pe bază de apă pentru a capta căldura reziduală generată. Apa absoarbe căldura și își crește temperatura, fiind apoi readusă în mediu.

Într-o companie producătoare de margară din Peru, un flux de apă caldă (35ºC) a provocat poluarea termică în mare. Pentru a contracara acest efect, compania a implementat un sistem de cogenerare bazat pe un circuit închis de răcire.

Prin acest sistem a fost posibilă reutilizarea apei calde pentru preîncălzirea apei care intră în cazan. În acest fel, apa și energia au fost economisite și fluxul de apă caldă către mare a fost redus.

Referințe

1. Burkart K, Schneider A, Breitner S, Khan MH, Krämer A și Endlicher W (2011). Efectul condițiilor termice atmosferice și al poluării termice urbane asupra mortalității cauzale și cardiovasculare din Bangladesh. Poluarea mediului 159: 2035–2043.
2. Coutant CC și Brook AJ (1970). Aspecte biologice ale poluării termice I. Efectele canalelor de evacuare și evacuare ∗. Recenzii critice CRC în controlul mediului 1: 341–381.
3. Davidson B și Bradshaw RW (1967). Poluarea termică a sistemelor de apă. Știința și tehnologia mediului 1: 618–630.
4. Dingman SL, Weeks WF și Yen YC (1968). Efectele poluării termice asupra condițiilor de gheață ale râurilor. Cercetarea resurselor de apă 4: 349–362.
5. Galindo RJG (1988). Poluarea în ecosistemele de coastă, o abordare ecologică. Universitatea Autonomă din Sinaloa, Mexic. 58 p.
6. Proiectul Indus3Es. (Văzut pe 12 august 2019). indus3es.eu
7. Nordell B (2003). Poluarea termică determină încălzirea globală. Schimbare globală și planetară 38: 305–12.