Специфические экологические проблемы ядерной энергетики

Ядерная энергетика рассматривается как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим их воздействием на окружающую среду. К преимуществам АЭС относится также возможность их строительства, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами (0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько дает сжигание 1000 тонн каменного угля).

Ранее основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков их эксплуатации.

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в окружающую среду незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС такой же мощности, работающей на угле.

После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий на них. К наиболее крупным авариям такого плана относится авария, случившаяся на Чернобыльской АЭС. По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе ЧАЭС составил от 3,5% (63 кг) до 28% (для сравнения бомба, сброшенная на Хиросиму, дала 740 г радиоактивного вещества).

Кроме страшных последствий аварийных ситуаций на АЭС можно назвать следующие их воздействия на окружающую среду:

– изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для АЭС мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию;

– изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие естественные источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у водных обитателей;

– не исключено попадание радиоактивного загрязнения в атмосферный воздух, воду, почву в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

Классификация и основные характеристики атмосферных выбросов при сжигании топлива, их влияние на окружающую среду и человека

По физическому составу все выбросы делятся на твердые (пыли), жидкие (туманы) и газообразные. Наибольший объем приходится на газообразные выбросы.

Сжигание топлива – основной источник загрязняющих газов (CО, NO, SO₂). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO₃ в высших слоях атмосферы, который взаимодействует с парами Н₂О и NH₃, а образующиеся при этом Н₂SO₄ и (NН₄)₂SO₄ возвращаются на поверхность Земли вместе с атмосферными осадками. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца.

Углекислый газ является преобладающим газом при сжигании всех видов топлив. За последние 100 лет содержание СО₂ в атмосфере возросло на 10%, причём основная часть (360 млрд. т) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся то в ближайшие 50—60 лет, то количество СО₂ в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата. Этот газ также поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растений и живых организмов, а также вследствие вулканизма.

Громадные количества СО₂ потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном.

Не существует линейной связи между снижением выбросов СО₂ и риском здоровью. Они зависят от таких факторов, как расположение источников, места проживания и плотности населения, метеорологических условий и других факторов.

Угарный газ. Основным антропогенным источником CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Оксид углерода образуется при сгорании углеводородного топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (недостаточно кислорода для окисления CO в CO₂). В прошлом значительную долю антропогенного поступления CO в атмосферу обеспечивал светильный газ, использовавшийся для освещения помещений в XIX веке. По составу он примерно соответствовал водяному газу, то есть содержал до 45 % монооксида углерода. В настоящее время в коммунальной сфере этот газ вытеснен гораздо менее токсичным природным газом (низшие представители гомологического ряда алканов – пропан и др.)

Поступление CO от природных и антропогенных источников примерно одинаково.

Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Признаками отравления служат головная боль, головокружение и потеря сознания. Токсическое действие монооксида углерода основано на том, что он связывается с гемоглобином крови прочнее, чем кислород (при этом образуется карбоксигемоглобин), таким образом, блокируя процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. Предельно допустимая концентрация монооксида углерода в воздухе промышленных предприятий составляет 0,02 мг/л.

Помощь при отравлении монооксидом углерода: пострадавшего следует вынести на свежий воздух, полезно также кратковременное вдыхание паров нашатырного спирта.

Оксид серы (SO₂). Бесцветный газ или жидкость. Температура плавления −75,5 °C, кипения − минус 10,01 °C. Плотность при нормальных условиях 2,927 г/л. Под давлением сжижается при комнатной температуре. Растворяется в воде с образованием нестойкой сернистой кислоты; растворимость 11,5 г/100 г воды при 20 °C, снижается с ростом температуры. Растворяется также в этаноле, серной кислоте.

Образуется при горении серы в воздухе. Один из основных компонентов вулканических газов. Ядовит. Симптомы при отравлении сернистым газом – насморк, кашель, охриплость, першение в горле. При вдыхании сернистого газа более высокой концентрации – удушье, расстройство речи, затруднение глотания, рвота, возможен острый отёк лёгких.

Выбросы SO₂ влияют на возникновение симптомов респираторных заболеваний, изменение легочных функций, рост уровней смертности от респираторных заболеваний.

Оксид азота NO – бесцветный газ, незначительно растворим в воде. Не взаимодействует с водой, растворами кислот и щелочей. Оксид азота (II) – очень реакционноспособное соединение, может вступать в реакции присоединения с рядом солей (нитрозосоли), с галогенами (например, нитрозилхлорид NOCl), органическими соединениями. При обычной температуре NO соединяется с кислородом с образованием NO₂. Следует напомнить, что диоксид азота, вещество 2 класса опасности, является одним из основных загрязнителей атмосферного воздуха. Его выбросы составляют преобладающую часть от выбросов всех химических загрязнителей в атмосферный воздух. Это вещество образуется при сжигании практически любого вида топлива, в том числе и при работе автомобильного двигателя (выбросы автотранспорта составляют до 90% всего антропогенного влияния на атмосферный воздух).

Метан является парниковым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 21 единицу. Метан является углеводородом и выделяется при использовании двигателей внутреннего сгорания.

Киотский протокол стал первым глобальным соглашением об охране окружающей среды, основанным на рыночных механизмах регулирования – механизме международной торговли квотами на выбросы парниковых газов. По состоянию на 14 февраля 2006 года Протокол был ратифицирован 161 страной мира (совокупно ответственными за более чем 61 % общемировых выбросов). Заметным исключением из этого списка являются США и Австралия.

Страны Приложения B Протокола определили для себя количественные обязательства по ограничению либо сокращению выбросов на период с 1 января 2008 до 31 декабря 2012 года. Цель ограничений – снизить в этот период совокупный средний уровень выбросов 6 типов газов (CO₂, CH₄, HFC_s, PFC_s, N2O, SF₆) на 5,2 % по сравнению с уровнем 1990 года.

Основные обязательства взяли на себя индустриальные страны:

– Евросоюз должен сократить выбросы на 8 %;

– Япония и Канада — на 6 %;

– страны Восточной Европы и Прибалтики— в среднем на 8 %;

– Россия и Украина – сохранить среднегодовые выбросы в 2008-2012 годах на уровне 1990 года.

Развивающиеся страны, включая Китай и Индию, обязательств на себя не брали.

Переход с использования угля на природный газ приносит значительные климатические выгоды и снижает риск здоровью населения. Переход на использование альтернативных источников энергии (биотоплива) также приводит к позитивным результатам, но они не настолько значительны в силу ограниченности имеющихся возможностей по использованию биотоплива.

Наиболее вредным для здоровья населения веществами являются твердые частицы менее 10 микрон и диоксид серы. Они увеличивают риск смертности на 5%. Диоксид азота также существенно влияет на заболеваемость, особенно на респираторные заболевания и астму. Несмотря на то, что общее количество заболеваний раком оценивается как достаточно небольшое по сравнению с риском от других видов загрязнения, индивидуальный канцерогенный риск достаточно высок, достигая уровня 10^-4. Более того, в будущем, при росте средней продолжительности жизни и благосостояния канцерогенный риск увеличится, учитывая возможные изменения топливного баланса в сторону увеличения потребления угля и мазута.

Для выработки природоохранных приоритетов необходимо определить загрязняющие вещества первого и второго уровней значимости. К первым относятся традиционные загрязнители, вторые включают сажу, тяжелые металлы, канцерогенные тяжелые металлы и ряд других веществ. Ратификация Киотского протокола и создание системы управления выбросами парниковых газов позволяют предотвратить рост выбросов традиционных атмосферных загрязнителей.