Экологические основы материаловедения

Экологические основы материаловедения Аутэкология — раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма с окружающей средой. Синэкология — раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов различных видов внутри сообщества организмов. Часто синэкологию рассматривают как науку о жизни биоценозов, то есть многовидовых сообществ животных, растений и микроорганизмов. Биогеоценология — научная дисциплина, исследующая строение и функционирование биогеоцено зов, отрасль знания на стыке биологии, географии и экологии. Ее назначение состоит в обеспечении руководства и поощрении партнерства в области бережного отношения к окружающей среде путем создания возможностей для улучшения качества жизни государств и народов без ущерба для будущих поколений. На рисунке в левой части представлен механизм парникового эффекта в естественной природной среде: часть солнечного излучения (желтый цвет) от парниковых газов (водяные пары, диоксиды углерода, метан) отражается назад к земной поверхности (красный цвет), нагревая ее. Электроэнергетика Ведущая и составная часть энергетики, обеспечивающая электрификацию страны на основе производства и распределения электроэнергии. Электроэнергия обладает целым рядом преимуществ перед всеми широко используемыми видами энергии. К ним относят:  возможность передачи на большие расстояния,  распределения между потребителями,  преобразования в другие виды энергии. Технологическая структура электроэнергетики включает:  производство электроэнергии, ее транспортировку электропередач,  распределение среди потребителей. по линиям Производство и потребление энергии Электрическая энергия в промышленности применяется для получения механической энергии, для осуществления физических и механических процессов обработки материалов, дробления, измельчения, перемешивания, центрифугирования и т. д., для нагревания, проведения электрохимических реакций, использования электростатических явлений (осаждение пылей и туманов, электрокрекинг). Источником электрической энергии является энергия воды на гидростанциях (ГРЭС) и превращение тепловой энергии, полученной при сгорании топлива (тепловые электростанции — ТЭЦ) или в результате ядерных реакций (атомные электростанции — АЭС), в механическую, а затем механической в электрическую. Современный период развития промышленности характеризуется все возрастающим применением электроэнергии в электрофизических и электрохимических процессах, в электрометаллургии стали, ферросплавов, цветных металлов. Тепловая электростанция использует энергию, высвобождающуюся при сжигании органического топлива — угля, нефти и природного газа — для превращения воды в пар высокого давления. Этот пар, имеющий давление около 240 килограммов на квадратный сантиметр и температуру 524 °С, приводит во вращение турбину. Турбина вращает гигантский магнит (ротор) внутри генератора, который вырабатывает электроэнергию. Саяно-Шушенская гидроэлектростанция (СШГЭС) — крупнейшая в России, расположена на реке Енисей, между Красноярским краем и Хакасией. Саяно-Шушенское водохранилище образовано плотиной. Его объём составляет 31 кубический километр. Эта плотина является самой высокой в мире арочно-гравитационной плотиной, её высота 245 метров. Из водохранилища вода попадает в водоводы. Каждый водовод имеет диаметр 7,5 метра. В теле плотины установлено около одиннадцати тысяч различных датчиков, контролирующих состояние сооружения. Из водоводов вода попадает на турбины. Благодаря их вращению, приходят в движение генераторы, которые вырабатывают электроэнергию. В здании СШГЭС установлены десять гидроагрегатов, мощность каждого — 640 мегаватт. Таким образом, общая мощность станции — 6 400 мегаватт, это самая большая электростанция России. Каждый из десяти гидроагрегатов СШГЭС может пропускать по 350 кубических метров воды в секунду. Станция вырабатывает в среднем 23,5 миллиарда киловатт-часов электроэнергии в год. Проектная мощность — 6 400 мегаватт. Основные потребители — Саянский и Хакасский алюминиевый заводы, предприятия Красноярского края и Кемеровской области. Кроме того, станция является регулирующей для всей энергосистемы Сибири. Наибольшее развитие и распространение в России получили тепловые электростанции общего пользования, работающие на органическом топливе (газ, уголь), преимущественно паротурбинные. Самой большой ТЭС на территории России является крупнейшая на Евразийском континенте Сургутская ГРЭС-2 (5600 МВт), работающая на природном газе (ГРЭС - аббревиатура, сохранившаяся с советских времен, означает государственную районную электростанцию). Гидроэнергетика предоставляет системные услуги (частоту, мощность) и является ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, располагая более 90% резерва регулировочной мощности. У России большой гидроэнергетический потенциал, что подразумевает значительные возможности развития отечественной гидроэнергетики. На территории Российской Федерации сосредоточено около 9% мировых запасов гидроресурсов. По обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия занимает второе место в мире, опережая США, Бразилию, Канаду. В настоящее время на территории гидроэлектростанции мощностью свыше 100 МВт. России работают 102 Россия обладает технологией ядерной электроэнергетики полного цикла от добычи урановых руд до выработки электроэнергии. На сегодняшний день в нашей стране эксплуатируется 10 атомных электростанций (АЭС) – в общей сложности 33 энергоблока установленной мощностью 23,2 ГВт, которые вырабатывают около 17% всего производимого электричества. В стадии строительства – еще 5 АЭС. Геотермальная энергия — это запасы теплоты, имеющейся в глубинах земли. Особенный практический интерес представляют горячие источники воды и пара (гейзеры). В настоящее время в России разведано 56 месторождений термальных вод. Все действующие российские геотермальные электростанции сегодня расположены на территории Камчатки и Курил. Большинство современных АЭС работает с реакторами на тепловых медленных нейтронах, использующих в качестве ядерного горючего дефицитный уран-235. В ядерных реакторах теплота, возникающая в результате деления ядер урана, нагревает жидкость, прокачиваемую через ураносодержащие тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ); тепловая энергия в турбинах превращается в механическую, а затем в электрическую. Отраслевая структура современного производства Промышленность Добывающая Человек непосредственно воздействует на природу и получает из недр Земли, лесов, вод сырьё для обрабатывающей промышленности, строительные материалы, топливо и гидроэнергию. Это горнодобывающая промышленность, гидроэлектростанции, лесозаготовительная промышленность и т.д. Обрабатывающая Перерабатывает сырьё, получаемое от добывающей промышленности и от сельского хозяйства, превращая его в готовый продукт, пригодный для дальнейшего использования либо в качестве средства дальнейшего производства, либо в качестве предметов потребления. Это металлургия, машиностроение, химическая, текстильная, пищевая промышленности и т.д. По признаку экономического назначения продукции промышленность бывает:  промышленность средств производства (группа А), т.е. тяжёлая промышленность,  промышленность предметов потребления (группа Б), или лёгкая и пищевая промышленности. На основе однородности назначения производимой продукции или по родственности технологических процессов всю промышленность подразделяют на отраслевые группы:  топливная промышленность,  цветная металлургия,  деревообрабатывающая промышленность и т.д. Сегодня доля по добыче нефти и угля составляет более 3∕4, в добыче природного газа — 9∕10, и лишь по объемам производства электроэнергии (около 70%) лидерство сохраняют западные районы России. Угольная промышленность Эта отрасль включает добычу подземным (шахты) и открытым (карьеры) способами и переработку (обогащение и брикетирование) ископаемых углей. Качество углей и возможности производства из них разнообразных продуктов зависят от содержания в них углерода. Самые высококачественные угли — антрациты, содержат его в пределах 90—96%, каменные — около 90 и бурые — до 75%. Нефтяная промышленность Нефть является главной статьёй российского экспорта Эта отрасль включает в себя разведку нефтяных месторождений, бурение скважин, добычу нефти, ее переработку и транспортировку. Нефть — важнейшее энергетическое топливо и сырье для химической промышленности. Более 3/4 общероссийской добычи нефти дают восточные районы. По объемам переработки выделяются два почти равнозначных по ее масштабам района — Поволжье и Урал. Извлекаемые запасы нефти и газового конденсата в Уральском федеральном округе (УФО) достигают 16,05 млрд т, что составляет 58,9% общероссийских запасов. Основные запасы нефти сосредоточены в пределах ХантыМансийского АО, газового конденсата – ЯмалоНенецкого АО. Газовая промышленность Это — крупная отрасль российской промышленности (единственная из топливных отраслей, практически не подвергнувшаяся спаду), занимающаяся добычей, транспортировкой, хранением и распределением природного газа. Природный газ — самое дешевое и высококалорийное естественное топливо. Чрезвычайно широкое его применение в производстве и быту объясняется низкой себестоимостью добычи (в десятки раз ниже, чем добыча угля и нефти), удобством транспортировки, хранения и простотой использования. Газовая промышленность России — один из главных источников валютных поступлений. Российским газом практически полностью обеспечиваются Украина, Беларусь, страны Балтии; в значительной мере — Польша, Чехия, Венгрия, Болгария; частично снабжаются Германия, Франция и Италия. Октановое число– наиболее важная характеристика бензина. Оно обычно определяется в одноцилиндровой стационарной установке, снабженной различными приборами для регистрации склонности к детонации. Нормальный гептан (семь атомов углерода в линейной цепи) детонирует очень легко; для него принято нулевое октановое число. Изооктан (восемь атомов углерода в разветвленной цепи) не детонирует до тех пор, пока не будут достигнуты экстремальные условия давления, температуры и нагрузки; для него произвольно установлено октановое число 100. При испытании бензина с неизвестными детонационными свойствами его сравнивают со смесью гептана и изооктана, имеющей такую же способность к детонации, как и испытуемый бензин; октановое число бензина – это процентное содержание изооктана в такой смеси. Газ Открытием века можно считать газоконденсатное месторождение близ Оренбурга, сделанное осенью 1966 г. Месторождение уникально не только по своим запасам (триллион кубометров!), но и по качеству редкого по составу природного газа. На базе этого месторождения вырос Оренбургский газовый комплекс — крупнейшее в СССР и в Европе современное предприятие. Добыча «вслепую» Природный газ заключен в мельчайшие поры, которыми обладают некоторые горные породы. Глубина, на которой находится природный газ, колеблется от 1000 метров до нескольких километров. После проведения геологоразведочных работ, когда установлено, где именно находятся залежи, начинается процесс добычи газа, то есть его извлечения из недр, сбора и подготовки к транспортировке. Бурение скважин Газ извлекается из недр при помощи специально пробуренных скважин, которые называются добывающими или эксплуатационными. Вообще разновидностей скважин существует множество — они используются не только для добычи, но и для изучения геологического строения недр, поиска новых месторождений, вспомогательных работ и так далее. После скважины Природный газ поднимается на поверхность за счет естественной энергии — стремления в зону с наименьшим давлением. Поскольку газ, полученный из скважины, содержит множество примесей, его сначала отправляют на обработку. Недалеко от некоторых месторождений строятся установки комплексной подготовки газа, в некоторых случаях газ из скважин сразу попадает на газоперерабатывающий завод.