Зеленые» технологии – будущее в решении экологических проблем

ЗЕЛЕНЫЕ» ТЕХНОЛОГИИ – БУДУЩЕЕ В РЕШЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

«Зеленый мир», представленный биосферой и экосистемами нашей планеты, является уникальным примером гармоничной работы законов физики и природы. Термодинамика, изучающий взаимодействие тепла и других форм энергии, играет ключевую роль в разработке зеленых технологий. Принципы термодинамики помогают оптимизировать процессы, чтобы минимизировать потери энергии и повысить эффективность.

Поворот производства в сторону малозатратных, малоотходных, малотоксичных «зелёных» технологий произошла в конце XX века и коснулась практически всех, как уже существующих, так и только разрабатываемых технологий. В развитых странах граждане вместе с правительствами ставят задачу и принимают программы национального и интернационального характера по защите окружающей среды и человека от него самого, осознав, что пришло время спасать планету от нас самих. Ответом на эти вызовы явилось новое направление науки и практики под названием «зелёные» технологии.

Понятие "зеленые" технологии можно интерпретировать по-разному. С одной стороны, это технологии, которые не оказывают прямого негативного воздействия на окружающую среду. С другой стороны, это решения, способствующие рациональному использованию ресурсов и уменьшению отрицательного влияния на природу. Основная задача "зеленых" технологий заключается в минимизации вреда, наносимого окружающей среде, посредством сокращения потребления ресурсов, уменьшения объема отходов и их переработки, применения в производстве природных механизмов и принципов, повышения энергоэффективности в промышленности и повседневной жизни, а также улучшения экологических характеристик материалов.

«Зеленые» ИТ нацелены на сохранение природы, становятся сегодня очень важными: переработка и вторичное использование материалов, очистка сточных вод, энергосбережение, а также возобновляемые источники энергии. Интеграция экологичных ИТ в качестве основного элемента разработки приложений имеет множество преимуществ не только для окружающей среды, но и для компаний. Такие технологии получили широкое распространение. На этом фоне общество стало все больше задумываться о внедрении «зеленых» технологий.

Несколько стран выступили с инициативами по отказу от одноразовых пластмасс, что потребует значительных инвестиций в альтернативные варианты, такие как заменители бумаги, биопластики или технологии вторичной переработки. Сингапур, например, обязался достичь 70% переработки к 2030 году. Возобновляемые источники энергии - еще один рубеж для внедрения зеленых технологий, поскольку ископаемое топливо признано важной движущей силой изменения климата. По данным Управления энергетической информации, на солнечную и ветряную энергетику вместе пришлось 70% новых энергетических мощностей.

Альтернативные источники энергии называют «зеленой» энергетикой, и в себя она включает: Использование альтернативных источников энергии, таких как ветер и солнце, также основано на физических принципах. Законы механики и термодинамики являются основой работы ветряных мельниц и солнечных панелей. 

Солнечная - это энергия, получаемая от солнца. Принцип работы солнечных батарей основан на преобразовании энергии солнечного света в электрическую. Существует несколько типов солнечных батарей: монокристаллические, поликристаллические и аморфные. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Примеры использования солнечной энергии в жизни: уличное освещение, подзарядка мобильных устройств, производство электроэнергии в крупных солнечных электростанциях.

Ветровая энергия - это энергия, получаемая от движения воздушных масс ветра. Принцип работы ветрогенераторов основан на конвертации кинетической энергии ветра в электрическую. Существует несколько типов ветрогенераторов: горизонтальноосевые, вертикальноосевые и диагональноосевые. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Примеры использования ветровой энергии в жизни: производство электроэнергии в крупных ветроэлектростанциях, подзарядка мобильных устройств на островах и в удаленных регионах.

Гидроэнергетика - это энергия, получаемая от потоков воды. Принцип работы гидроэлектростанций основан на конвертации потенциальной энергии воды в электрическую. Существует несколько типов гидроэлектростанций: верхнего и нижнего бьефов, плавучих и прибрежных. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Примеры использования гидроэнергетики в жизни: производство электроэнергии в крупных гидроэлектростанциях, использование малых гидроэлектростанций для производства энергии в отдаленных сельских районах.

Принципы термодинамики помогают понять, как экосистемы поддерживают свое равновесие. В природе все организмы взаимодействуют друг с другом и своей средой, обмениваясь энергией и веществами. Второй закон термодинамики, который говорит о том, что энергия стремится к рассеянию, также подчеркивает необходимость стабильных экосистем, в которых энергия перераспределяется и используется эффективно для поддержания жизни.

В настоящее время «зелёные» технологии внедряются во всю цепочку деятельности компаний, включая, помимо производства, потребление, менеджмент и методы организации производства, во имя решения глобальных задач по устойчивому развитию современного и будущего общества, а именно: - модификация и замена вредных производств;

- развитие новых альтернативных видов энергии и новых видов топлива;

- поиск новых подходов к безопасной и доступной пище и воде;

- защита от загрязнения атмосферы, почвы, пресной воды и мирового океана.

В целом ряде развитых стран действуют масштабные государственные планы и программы стимулирования разработки экологических технологий и инноваций, создаются специальные исследовательские центры и фонды. Значительным стимулом развития «зелёных» технологий служат стандарты, налоги, субсидии и другие меры государственной политики.

Тенденцией последних лет становится повышенное внимание к экологическим технологиям со стороны быстроразвивающихся стран. Основная часть «зелёных» технологий сосредоточена в относительно небольшом числе стран, при этом разные страны специализируются на тех или иных видах технологий. Технологии по борьбе с водным и воздушным загрязнением, по управлению отходами активно развиваются в странах Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР): в Австралии – по борьбе с загрязнением воды, в Дании – по возобновляемой (в первую очередь ветровой) энергетике, в Германии – по борьбе с загрязнением воздуха, в Испании – по солнечной энергетике. Значительный прогресс в разработке «зеленых» технологий отмечается также в странах БРИИКС: Бразилия, Россия, Индия, Индонезия, Китай, ЮАР разрабатывают технологии по управлению отходами, контролю над загрязнением воды и возобновляемой энергетике.

Внедрение «зеленых» технологий в жизнь простых людей - перспективное, но достаточно дорогое удовольствие. Например, внедрить их на стадии строительства приведет к тому, что стоимость этих работ может увеличиться на 10-15%, но в будущем использовать объект с внедрением таких технологий будет выгодно. Они позволяют снизить энергопотребление на 25% и потребление воды на 30%, за счет этого достигается экономия в оплате за электроэнергию и водоснабжение. Умный дом – тому яркий пример. Интеллектуальная система управления энергопотреблением помогает реально сэкономить ресурсы. Также одним из примеров «зеленых» технологий является создание эко-технопарка - возможность организации немалой промышленной территории за пределами городской черты. Впервые на одной площадке совместили сразу два направления – технопарк и агропарк. В технопарке предусматривалось строительство предприятий только на основе «зеленых» технологий, тем самым уменьшая класс опасности производств и снижая текущую экологическую нагрузку на территорию. Исходя из этого, возникает возможность размещать в границах промплощадок агропроизводства закрытого грунта, центры по переработке и хранению овощей, перерабатывающие пищевые предприятия, а также переработку отходов производств. Эко-технопарк имеет явное преимущество, так как инфраструктура и обслуживающие текущие затраты будут общими, при этом смогут значительно уменьшиться эксплуатационные и иные затраты.

Спасут ли технологические инновации планету?

Поскольку климатический кризис продолжается, ученые и инженеры работают вместе, чтобы предложить новые решения для хранения и использования энергии, внося свой вклад в экономику замкнутого цикла (циркулярную экономику).

Вот 10 инноваций в области «зеленых» технологий, которые используют природные ресурсы по кругу и объединяют исследования и разработки, чтобы предложить миру действенные решения:

10. Биомимикрия

Имитация растений и окружающей среды - это метод устойчивого развития, о котором можно только мечтать. Ученые работают над тем, чтобы уловить регенеративные функции растений и животных, подобные заживлению раны или заживлению пореза, полученного при обрезке растения. Эта технология может быть использована в волокнах, позволяющих заделывать небольшие дыры и разрывы.

9. Накопитель энергии из расплавленной соли

Тепло - это один из способов накопления энергии, восполняющий пробел в энергетическом секторе, который необходимо заполнить для достижения будущего в области возобновляемых источников энергии. Было замечено, что соль обладает особенно хорошими характеристиками для аккумулирования тепла, что делает ее отличной основой для улавливания и удержания энергии.

8. Искусственный фотосинтез

Основным физическим законом в фотосинтезе, является закон сохранения энергии. Говоря о подражании растениям, ученые и технологи работают вместе, чтобы имитировать эффекты фотосинтеза с помощью технологий. Ожидается, что решения объединят солнечный свет и углекислый газ для получения полезной энергии — снижение уровня углерода, которое обеспечит дополнительные ресурсы.

7. Интеллектуальные счетчики

Несмотря на то, что они не приводят к активному сокращению выбросов, интеллектуальные счетчики, установленные в домах, позволили потребителям снизить использование энергии. Частные лица могут экономить на своих счетах за домашнее хозяйство, в то время как у компаний больше энергии для подачи в другие здания.

6. Снижение уровня и хранение углерода

Одно из самых инновационных решений для устранения углекислого газа в атмосфере, поглощение углерода, выходит за рамки человеческих усилий по посадке большего количества деревьев и сокращению выбросов углерода. В ближайшие годы будут использоваться новые технологии для активного удаления выбросов углерода из атмосферы. Однако, по данным Международного энергетического агентства (МЭА), одного только снижения уровня углерода в настоящее время будет недостаточно для обеспечения требуемой активности в 1,7 миллиарда тонн.

5. Двигатель электромобиля

Одной из наиболее заметных форм возобновляемых технологий является движение электромобилей (EV). Электромобили используют электрическую энергию для приведения в движение электродвигателей, которые, в свою очередь, приводят в действие колеса. Законы Ньютона о движении помогают инженерам оптимизировать конструкции автомобилей для достижения максимальной эффективности и минимизации расхода энергии. Например, использование легких материалов и аэродинамических форм позволяет уменьшить сопротивление и повысить дальность поездки на одной зарядке.

4. Ядерные энергетические технологии

Несмотря на противоречивость из-за его потенциального разрушения городов (примером может служить Чернобыльский ядерный реактор), разрабатывается технология, позволяющая максимально использовать ядерные материалы для производства экологически чистой энергии в больших масштабах. Нынешние технические специалисты способны использовать запасы урана только примерно на 1% от их полного потенциала, что делает ядерную отрасль претендентом на широкое распространение зеленой энергетики.

3. Генератор электроэнергии из сточных вод

Экономика замкнутого цикла может быть применена не только для переработки искусственных материалов. Университет штата Орегон разработал гибридный генератор электроэнергии, в котором используются микробные топливные элементы и обратный электродиализ. Эти технологии в сочетании позволяют использовать сточные воды для производства электроэнергии. Наряду с решениями, способствующими выработке электроэнергии в сети, технология также способна обеспечивать очистку воды по мере прохождения полного цикла.

2. Дорожное покрытие из переработанного пластика

В 2021 году Coca-Cola объявила о своем проекте по укладке дорожного покрытия в Пакистане, поскольку он поощряет круговую экономику отходов. Дорожные материалы на основе пластика были приняты в качестве инициативы, которая не только использует переработанные пластиковые бутылки, но и развивается в сообществе в окрестностях.

1. Зеленая архитектура

Из-за огромных масштабов застроенной среды возникают трудности с устойчивостью городской жизни. По мере того как здания становятся выше, а города компактнее, внедряются инновации, направленные на то, чтобы новые здания отвечали климатическим требованиям, а также были способны вырабатывать энергию, поглощать углерод и эстетически вписываться в местные ландшафты. Инициативы также включают озеленение крыш и стен, что способствует сокращению выбросов углекислого газа.

Как страны используют «зеленые» технологии?

С каждым годом «зеленые» технологии набирают популярность. В связи с этим многие страны начинают инвестировать в этом направлении. Многие промышленно развитые страны поставили цели по сокращению или ликвидации выбросов углерода к 2050 году. Для достижения этой цели во всем мире растут инвестиции в зеленые технологии, как со стороны правительств, так и частных инвесторов. В Азиатско-Тихоокеанском регионе в 2021 году был зафиксирован наибольший объем инвестиций в зеленые технологии, а также самый высокий рост. В отрасли зеленых технологий Азиатско-Тихоокеанского региона было инвестировано более 368 миллиардов долларов, что на 38% больше, чем в 2020 году. Китай на сегодняшний день был крупнейшим источником инвестиций, на его долю приходилось более двух третей от общего объема инвестиций в регионе.

Ярким показателем того, как экономика и экология находит между собой баланс - Япония. Эта страна за счет внедрения государственных программ сформировала и наладила работу сразу по нескольким направлениям: низкоуглеродное производство энергии и ее рациональное потребление, энергоэффективность, замкнутый ресурсно-отходный цикл производства и потребления, продвижение экологических товаров и т.д. В итоге Япония объявила о 40% сокращении использования нефти, как источника энергии.

Будут ли «зеленые» технологии пользоваться в России?

К сожалению, в менталитете жителей России не укоренилось, что нужно беречь то, что находится вокруг. Поэтому крайне сложно говорить о «зеленых технологиях» в нашей стране. В основном для потребителя, если речь идет о строительстве, не имеет значения: будет он жить в «зеленом» доме или нет. Кроме того, очевидным является тот факт, что «зеленые» технологии- дорогостоящая вещь, и потребитель в нынешних условиях не готов переплачивать. А бизнес не готов строить то, что не будет пользоваться спросом.

По уровню развития «зеленых» технологий во многих сферах Россия значительно отстает от развитых стран. Доля России в общем числе «зеленых» патентов в мире составляет менее 1%.

В последние годы в России наблюдается активизация технологической деятельности в рамках реализации идеи инновационной экономики. Принимаются новые программы, планы и законы. В частности, в начале 2012 г. правительство одобрило проект Указа Президента РФ «Об основах государственной политики в области экологического развития Российской Федерации до 2030 года», в котором обозначена необходимость перенаправления экономики в сторону экологически ориентированного роста. Среди прочих мер документ определяет необходимость разработки и внедрения инновационных ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий.

«Зеленые» технологии не только представляют собой ответ на вызовы, стоящие перед человечеством в области экологии, но и основаны на фундаментальных законах физики. Применение этих законов позволяет создавать эффективные и устойчивые решения для производства энергии, транспорта и других секторов экономики. Понимание и использование физики в разработке «зеленых» технологий — это ключ к созданию более чистого и устойчивого будущего для нашей планеты.