Тепловые двигатели — основа нашей индустриальной цивилизации. Они приводят в движение автомобили и корабли, вырабатывают электроэнергию на электростанциях и обеспечивают энергией бизнес-операции. В то же время использование тепловых двигателей вызывает серьезные экологические проблемы, которые становятся все более острыми.

Что такое тепловая машина

Тепловой двигатель (ТМ) — это двигатель, преобразующий тепло в полезную работу. Он состоит из трех элементов:

  • обогреватель;
  • холодильник;
  • рабочая жидкость.

Тепловые двигатели включают все бензиновые и дизельные автомобильные двигатели, паровые турбины и котлы, реактивные и ракетные двигатели. [/ блокировать]

Тепловые двигатели (ТД) повсеместно используются: на транспорте, в энергетике, в промышленности. Изобретение паровой машины привело к промышленной революции 18-19 веков и коренным образом изменило облик нашего мира.

Как работает тепловая машина

Работа теплового двигателя основана на способности веществ расширяться при повышении температуры. В ТД в качестве рабочего тела используется газ, который нагревается за счет сгорания топлива.

Тепловые двигатели и их влияние на окружающую средуВсе TM работают циклически. Чтобы такая система работала, температура нагревателя должна быть значительно выше температуры окружающей среды. Во время обратного хода поршня охладитель снижает температуру газа. Это может быть хладагент или атмосфера.

[lock] Работа двигателя равна разнице между подводимым и отводимым теплом. Эффективность — это отношение работы к теплу, подаваемому в систему. Принцип действия тепловых машин основан на 1-м и 2-м законе термодинамики. [/ Block]

Вредные вещества

Для работы тепловых двигателей часто используется ископаемое топливо или продукты его переработки — уголь, газ, мазут, бензин, керосин и др. они никогда не сгорают на 100%, а остатки загрязняют окружающую среду.

Не меньший ущерб наносят продукты сгорания. При работе ТМ выделяются следующие виды вредных веществ:

  • сажа;
  • углекислый газ;
  • монооксид углерода;
  • монооксид азота;
  • соединения свинца;
  • формальдегид;
  • бензол.

[зеленый] Атомные электростанции также являются тепловыми двигателями, в которых ядерные реакции используются для нагрева рабочей жидкости. Их эксплуатация связана с опасностью загрязнения окружающей среды радиоактивными [материалами]Тепловые двигатели и их влияние на окружающую среду

Типы загрязнения

Выбросы токсичных веществ являются основным негативным фактором воздействия тепловых двигателей на окружающую среду.

В процессе сгорания топлива расходуется много кислорода, что приводит к уменьшению его количества в воздухе. В промышленно развитых странах двигатели и турбины потребляют больше кислорода, чем могут производить растения.

Тепловое загрязнение

Любой двигатель внутреннего или внешнего сгорания во время работы выделяет много тепла, что приводит к «тепловому загрязнению».

В 2008 году все ТМ произвели около 125 ПВтч электроэнергии. Учитывая их низкий КПД, в атмосферу рассеивается примерно столько же энергии, сколько и тепла. Хотя это количество не кажется чрезмерным, оно способно нарушить хрупкое тепловое равновесие атмосферы, вызывая необратимые изменения.Тепловые двигатели и их влияние на окружающую среду

Последствия для окружающей среды

Тепловые двигатели являются основным источником загрязнения окружающей среды. Экологические проблемы при использовании ТД носят комплексный характер: токсичные выбросы отравляют воздух, почву и воду.

Атмосфера принимает первый удар. Тепловые двигатели ежегодно выбрасывают в окружающую среду около 60 миллионов тонн оксидов серы и около 200 миллионов тонн сажи. Количество оксидов азота, соединений свинца, углеводородов также исчисляется миллионами тонн.

В мире используется около 1 миллиарда автомобилей, что составляет более половины токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу. [/ block]

В 2018 году в атмосферу было выброшено 33,9 миллиарда тонн углекислого газа, что на 2% больше, чем в предыдущем году. Считается основной причиной парникового эффекта и изменения климата.

Выхлопные газы автомобилей являются основным источником токсичного смога в крупнейших городах мира. Концентрация вредных веществ в воздухе мегаполисов может в десятки раз превышать норму.Тепловые двигатели и их влияние на окружающую среду

Токсичные вещества из атмосферы попадают в почву или воду. Они меняют свой химический состав, что самым негативным образом сказывается на живых организмах.

Влияние на живые организмы

Ядовитые выбросы, образующиеся при работе тепловых двигателей, губительно действуют на все живые организмы. Наиболее опасны соединения свинца, азота, фенолов, углеводородов.Тепловые двигатели и их влияние на окружающую среду

Например, свинец, который добавляют в топливо, является самым сильным канцерогеном. Хром, бром и их соединения обладают схожими свойствами.

Выбросы тепловых двигателей подавляют иммунную систему человека, что приводит к респираторным и сердечно-сосудистым заболеваниям. [/ блокировать]

Соединения азота и серы, реагируя с влагой воздуха, образуют токсичные кислоты. Они являются причиной кислотных дождей, оказывающих разрушительное воздействие на почву и растительность.

Способы решения проблемы

Можно утверждать, что ТД породили современное индустриальное общество. При этом необходимость их замены с каждым днем ​​становится все очевиднее. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды не ладят.

Тепловые двигатели и их влияние на окружающую среду

Электрический автобус

Альтернативы этому уже есть: тепловые электростанции можно заменить солнечными батареями, а автомобили с двигателями внутреннего сгорания — электромобилями.

Этот переход потребует много времени и еще больше ресурсов, но результат окупит затраты.

Тепловая энергетика

Предприятия теплоэнергетики следует вывести за пределы населенных пунктов. По этой причине они не будут выбрасывать в атмосферу меньше вредных веществ, но их концентрация в городах уменьшится.

Следует отказаться от самого грязного вида ископаемого топлива — угля. Природный газ производит меньше сажи и других вредных выбросов. Водород — хорошая альтернатива, но технологии его производства и использования еще не разработаны.

Выбросы автомобилей

вполне возможно снизить ущерб, который автомобили с ДВС наносят окружающей среде и здоровью человека. Один из эффективных методов — это строгий контроль качества моторного топлива. Уже сегодня во многих странах продажа бензина со свинцовыми присадками запрещена.

Существуют нормативы количества вредных веществ в выхлопных газах самих автомобилей. Они зависят от конструкции двигателя и системы зажигания, наличия преобразователей.

Хорошее решение — перевод транспорта на разные виды природного газа. [/ block]

Правильная организация движения позволяет снизить загазованность населенных пунктов. Установлено, что большая часть выбросов происходит, когда автомобили стоят в очереди».

Альтернативная энергетика

Зеленая энергия — мощный тренд последнего десятилетия. Обычно это энергия ветра, солнечные батареи, биогаз, приливные электростанции. Они известны человечеству давно, но только сейчас становятся экономически жизнеспособными.Тепловые двигатели и их влияние на окружающую среду

Доля «зеленой» энергии в мировой генерации с каждым годом увеличивается.

Защита атмосферы

Сегодня используется несколько методов защиты атмосферы от вредных выбросов. Чтобы снизить концентрацию выбросов, трубы делают выше. Различные фильтры, улавливающие отходы, работают намного эффективнее. Однако такая чистка стоит довольно дорого и также не дает полной гарантии.

Тепловые двигатели и их влияние на окружающую среду