Toplotno zagađenje (Alternativni zagađivači - 3. deo)

Zagađenje se uopšteno može definisati kao bilo koja pojava koja ugrožava prirodno okruženje ili čovekovu dobrobit. Tradicionalno, tipovi zagađenja se određuju spram vrste okoline u kojima se pojavljuju: vazduha, vode ili tla.

Međutim, u novije vreme, savremeni čovek se suočava sa novim, alternativnim kategorijama zagađivača: bukom (zvukom), svetlošću, suvišnom toplotom, mikroplastikom ili svemirskim otpadom (krhotinama).

Vodeni organizmi na udaru toplote

Iako bismo zdravorazumski mogli da pojam toplotnog zagađenja povežemo sa pojavama povećanja temperature tla ili vazduha, uža definicija toplotnog (termičkog) zagađenja je takva da ono predstavlja degradaciju kvaliteta vode bilo kojim procesom koji menja ambijentalnu temperaturu vode.

Iako može biti posledica određenih prirodnih procesa, najčešći uzrok toplotnog zagađenja je upotreba vode kao rashladnog sredstva od strane elektrana i industrijskih proizvođača.

Osnovni ekološki problem povećanja temperature vode potiče od činjenice da su gasovi manje rastvorljivi u toplijim tečnostima. Samim tim, i količina raspoloživog kiseonika potrebnog za život riba, mekušaca, vodozemaca i drugih vodenih organizama se smanjuje, uzrokujući poremećaje unutar populacija, vrsta i čitavih ekosistema, ali i umanjenje biološke raznovrsnosti, što je posledica (ne)prilagođavanja pojedinih vrsta izmenjenim uslovima okoline.

Složenost posledica po žitelje vodenih ekosistema

Pojava koja se često registruje pri termalnom zagađenju je povećanje brzine metabolizma nekih vodenih životinja, što rezultira time da ti organizmi konzumiraju više hrane u kraćem vremenu nego u nepromenjenom okruženju. Brži metabolizam dovodi do smanjenja raspoloživih resursa jer ih proždrljiviji organizmi crpe nauštrb drugih. Ovako povećan “apetit” pospešuje promene u lancu ishrane, njegovo skraćivanje i pojednostavljivanje, što je pojava koja prati pojavu gubitka biodiverziteta.

Topliji uslovi pogoduju određenim vodenim mikroorganizmima, pogotovo algama koje počinju da bujaju, što se manifestuje pojavom “cvetanja” stajaćih voda, a što zauzvrat dovodi do dodatnog umanjenja koncentracije kiseonika u vodi, čime se može stvoriti poguban začarani krug ambijentalne hipoksije koji za posledicu može imati opšti pomor živog sveta zagađene vodene celine.

Negativne promene koje se uočavaju na višim nivoima populacija, vrsta i ekosistema posledica su promena na nivou jedinki. Zagrejana voda dovodi do izmena u fizičkim i biohemijskim procesima koji uzrokuju pothranjenost, oboljevanje ili smrt organizama. Povišena temperatura vode takođe može povećati rastvorljivost i kinetiku metala, što može povećati apsorpciju teških metala u vodene organizme, sa efektom akumulacije ka višim nivoima u lancu ishrane, povećavajući izloženost čoveka kroz unos hrane.

Proizvodnja struje - najveći zagađivač

Industrija koja je najveći toplotni zagađivač je proizvodnja električne energije, dok su daleko iza rafinerije nafte, fabrike celuloze i papira, fabrike hemijske industrije, čeličane i topionice.

Tradicionalna nuklearna i termo postrojenja za proizvodnju struje grade se na obalama mora, okeana i velikih reka jer se za generisanje energije koristi vodena para koja pokreće turbine, a tokom procesa se stvara ogromna količina otpadne toplote koju je najlakše i najjeftinije ispustiti u isti vodotok.

Iako je svest o značaju i težini termalnog zagađenja dovedena na visok nivo, ona je relativno novijeg datuma. Na žalost, električne centrale - nisu. U pitanju su postrojenja koja su u eksploataciji decenijama, izgrađena u vremenima drastično manjih obzira prema životnoj sredini. To za posledicu ima nepostojanje adekvatnih sistema za uklanjanje viškova toplote iz otpadnih voda.

Principi fizike kao granice i izvori rizika

Teoretski, intenzitet hlađenja koji je potreban nema veze sa izvorom energije koji se koristi u elektrani (gas, ugalj, uranijum), već isključivo sa termalnnom efikasnošću. U praksi je, međutim situacija takva da su nuklearke veći zagađivači viškovima toplote od termoelektrana jer imaju niži stepen efikasnosti, dok sa druge strane te viškove mogu da izbace isključivo vodom, dok elektrane na fosilna goriva deo toplote izbacuju kroz dimnjake u atmosferu.

Koliko toplote se izbacuje kao višak? Neverovatno mnogo! Svaka elektrana koja se zasniva na Rankineovom ciklusu (a to su praktično sve termo- i nuklearne centrale koje su danas u upotrebi) bespovratno gubi čak dve trećine utrošene energije zbog fizičkih ograničenja pretvaranja toplotne energije u mehaničku (potrebnu za rad turbina i proizvodnju struje).

Taj ogroman ‘toplotni udarac’ trpi čitava planeta.

Zbog istih principa termodinamike, efikasnost postrojenja raste sa porastom razlike u internoj temperaturi sistema elektrane i temperature okoline iz koje se doprema voda za proizvodnju pare. Zbog toga se elektrane (naročito nuklearne) grade na obalama okeana gde god je to moguće, dok su one koje napajaju reke i topla mora izuzetno neefikasne.

Iako mirnodopski nuklearni akcidenti nisu direktan izvor toplotnog zagađenja, havarija u japanskoj elektrani Fukušima se čitavu deceniju posle zbivanja intenzivno proučava u svetlu posledica kombinacije radioaktivne, toksične i toplotne kontaminacije po živi svet Tihog okeana.

Mere protiv termalnog zagađenja

Zbog same prirode toplotne energije, nju je izuzetno teško na bilo koji način “reciklirati” i ona se u uslovima života na Zemlji otpušta u svemir ili (zbog efekta skalene bašte) akumulira u atmosferi.

Najbolje rešenje do koga se došlo jeste kogeneracija - postupak za istovremeno generisanje električne energije i toplote gde se iz istog izvora dobija, pored električne, dodatna toplotna energija što omogućava podizanje stepena iskorišćenja hemijske energije goriva.

Bazeni za hlađenje isparavanjem, konvekcijom i zračenjem, kao i rashladni tornjevi koji prenose otpadnu toplotu u atmosferu isparavanjem i/ili prenošenjem toplote su metode kojima se problem toplotnog zagađenja vode prebacuju u atmosferu. Kako ogromnu većinu viškova sve planetarne toplote iz vazduha upijaju upravo okeani, dolazimo do poražavajućeg zaključka da ne postoji način kojim se termičko zagađenje može sprečiti.

Ono se može samo premeštati s jedne na drugu mikrolokaciju, ali problem će postojati i biti sve veći sve dok civilizacija ne iznađe rešenje u visu masovne primene tehnologija za proizvodnu energije bez neželjenih emisija, uključujući i emisije otpadne toplote.