TERMISK FÖRORENING: EGENSKAPER, KONSEKVENSER, EXEMPEL - MILJÖ - 2025

Den termiska föroreningen uppstår när någon faktor orsakar oönskad eller skadlig förändring av omgivningstemperaturen. Den miljö som påverkas mest av denna förorening är vatten, men det kan också påverka luft och jord.

Miljöns medeltemperatur kan ändras både av naturliga orsaker och av mänskliga handlingar (antropogen). Naturliga orsaker inkluderar oprovokerade skogsbränder och vulkanutbrott.

Jordens yttemperatur. Källa: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SurfaceTemperature.jpg

Bland de antropogena orsakerna är produktion av elektrisk energi, produktion av växthusgaser och industriella processer. På samma sätt bidrar kyl- och luftkonditioneringssystem.

Det mest relevanta fenomenet med termisk förorening är den globala uppvärmningen, vilket innebär en ökning av den genomsnittliga planettemperaturen. Detta beror på den så kallade växthuseffekten och nettobidragen från restvärme från människor.

Den aktivitet som genererar den mest termiska föroreningen är produktion av elektricitet från förbränning av fossila bränslen. Förbränning av kol- eller petroleumprodukter diffunderar värme och producerar CO2, den viktigaste växthusgasen.

Termisk förorening orsakar fysiska, kemiska och biologiska förändringar som påverkar den biologiska mångfalden negativt. Den mest relevanta egenskapen vid höga temperaturer är dess katalytiska kraft och inkluderar de metaboliska reaktionerna som förekommer i levande organismer.

Levande varelser kräver förhållanden med viss amplitud av variation i temperatur för att överleva. Det är av detta skäl som varje förändring av denna amplitud kan innebära minskningen av populationer, deras migration eller deras utrotning.

Å andra sidan påverkar värmeföroreningar direkt människors hälsa som orsakar värmeutmattning, värmechock och förvärrar hjärt-kärlsjukdomar. Dessutom orsakar den globala uppvärmningen tropiska sjukdomar att utvidga sitt geografiska handlingsområde.

För att förebygga termisk förorening krävs modifiering av de ekonomiska utvecklingssätten och det moderna samhällets vanor. Detta innebär i sin tur implementering av tekniker som minskar den termiska påverkan på miljön.

Några exempel på termisk förorening presenteras här, till exempel kärnkraftverket Santa María de Garoña (Burgos, Spanien) som opererade mellan 1970 och 2012. Detta kraftverk dumpade varmt vatten från sitt kylsystem i floden Ebro och ökade dess naturliga temperatur upp till 10 ºC.

Ett annat karakteristiskt fall av termisk förorening tillhandahålls genom användning av luftkonditioneringsanordningar. Spredningen av dessa system för att sänka temperaturen ökar temperaturen i en stad som Madrid med upp till 2 ° C.

Slutligen återgår det positiva fallet av ett margarinproducerande företag i Peru som använder vatten för att kyla systemet och det resulterande heta vattnet tillbaka till havet. Således lyckades de spara energi, vatten och minska bidraget från varmt vatten till miljön.

egenskaper

- Värme- och värmeföroreningar

Termisk förorening härrör från omvandlingen av andra energier eftersom all energi vid utplacering genererar värme. Detta består av accelerationen av rörelsen hos partiklarna i mediet.

Därför är värme en överföring av energi mellan två system som har olika temperaturer.

Temperatur

Temperatur är en kvantitet som mäter den kinetiska energin i ett system, det vill säga den genomsnittliga rörelsen för dess molekyler. Nämnda rörelse kan vara av översättning som i en gas eller vibrationer som i ett fast ämne.

Den mäts med en termometer, av vilken det finns olika typer, den vanligaste är utvidgningen och den elektroniska.

Expansionstermometern baseras på utvidgningskoefficienten för vissa ämnen. Dessa ämnen sträcker sig vid uppvärmning och deras stigning markerar en gradvis skala.

Den elektroniska termometern bygger på omvandlingen av termisk energi till elektrisk energi översatt i en numerisk skala.

Den vanligaste skalan som används är den som föreslagits av Anders Celsius (ºC, grader Celsius eller centigrade). I den motsvarar 0 ºC vattenens fryspunkt och 100 ºC till kokpunkten.

- Termodynamik och termisk förorening

Termodynamik är den gren av fysik som studerar växelverkan mellan värme och andra former av energi. Termodynamik överväger fyra grundläggande principer:

- Två föremål med olika temperaturer byter värme tills de når jämvikt.

- Energi skapas inte eller förstörs, den förvandlas bara.

- En form av energi kan inte helt omvandlas till en annan utan förlust av värme. Och värmeflödet kommer att vara från det hetaste mediet till det minst heta, aldrig tvärtom.

- Det är inte möjligt att nå en temperatur lika med absolut noll.

Dessa principer som tillämpas på termisk förorening avgör att varje fysisk process genererar värmeöverföring och producerar termisk förorening. Dessutom kan det produceras antingen genom att öka eller sänka temperaturen på mediet.

Det anses att ökningen eller minskningen av temperaturen är förorenande när det går utöver de vitala parametrarna.

- Vital temperatur

Temperatur är en av de grundläggande aspekterna för förekomsten av liv som vi känner till det. Temperaturintervallet som tillåter det mesta av den aktiva livslängden sträcker sig från -18 ° C till 50 ° C.

Levande organismer kan existera i ett latent tillstånd vid temperaturer på -200 ºC och 110 ºC, men det är sällsynta fall.

Termofila bakterier

Vissa så kallade termofila bakterier kan existera vid temperaturer upp till 100 ° C så länge det finns flytande vatten. Detta tillstånd uppstår vid högt tryck på havsbotten i områden med hydrotermiska ventiler.

Detta säger att definitionen av termisk förorening i ett medium är relativ och beror på mediets naturliga egenskaper. Likaså är det relaterat till kraven från organismerna som bebor ett visst område.

Människa

Hos människor varierar normal kroppstemperatur från 36,5 ° C till 37,2 ° C, och homeostatisk kapacitet (för att kompensera för yttre variationer) är begränsad. Temperaturer under 0 ° C under långa perioder och utan artificiellt skydd orsakar döden.

På samma sätt är temperaturer över 50 ºC på konstant basis mycket svåra att kompensera på lång sikt.

- Termisk förorening och miljön

I vatten har värmeföroreningar en mer omedelbar effekt eftersom här värmen sprids långsammare. I luften och på marken har värmeföroreningar mindre kraftfulla effekter eftersom värmen sprids snabbare.

Å andra sidan, i små områden är miljöns förmåga att sprida stora mängder värme mycket begränsad.

Katalytisk effekt av värme

Värme har en katalytisk effekt på kemiska reaktioner, det vill säga att det påskyndar dessa reaktioner. Denna effekt är den viktigaste faktorn genom vilken värmeföroreningar kan ha negativa konsekvenser för miljön.

Således kan några grader av temperaturskillnad utlösa reaktioner som annars inte skulle inträffa.

orsaker

- Global uppvärmning

Jorden har genomgått cykler med höga och låga medeltemperaturer genom sin geologiska historia. I dessa fall var källorna till ökningen av planetens temperatur av en naturlig natur som solen och geotermisk energi.

För närvarande är den globala uppvärmningsprocessen associerad med aktiviteter som utförs av människor. I detta fall är huvudproblemet minskningen i spridningshastigheten för nämnda värme mot stratosfären.

Detta sker främst på grund av utsläpp av växthusgaser genom mänsklig aktivitet. Dessa inkluderar industri, fordonstrafik och förbränning av fossila bränslen.

Global uppvärmning representerar idag den största och farligaste processen för termisk förorening som finns. Dessutom tillför värmeutsläppet från den globala användningen av fossila bränslen ytterligare värme till systemet.

- Termoelektriska anläggningar

En termoelektrisk anläggning är ett industrikomplex utformat för att producera el från bränsle. Nämnda bränsle kan vara fossil (kol, olja eller derivat) eller ett radioaktivt material (till exempel uran).

Endesa As Pontes termoelektriska kraftverk (Spanien). Källa: Bild från ☣Banjo

Detta system kräver kylning av turbinerna eller reaktorerna och för detta vatten används. I kylsekvensen dras en stor volym vatten från en bekväm, kall källa (en flod eller havet).

Därefter tvingar pumparna den genom rören som är omgivna av den heta avgasångan. Värmen går från ångan till kylvattnet och det uppvärmda vattnet återförs till källan, vilket leder till överskottsvärme till den naturliga miljön.

- Skogsbränder

Skogsbränder är ett vanligt fenomen idag och orsakas i många fall direkt eller indirekt av människor. Förbränningen av stora skogsmassor överför enorma mängder värme främst till luften och marken.

- Luftkonditioneringsapparater och kylsystem

Luftkonditioneringsanordningar förändrar inte bara temperaturen i inomhusområdet utan orsakar också obalanser i utomhusområdet. Till exempel sprids luftkonditioneringsapparater till utsidan 30% mer än värmen de utvinner från insidan.

Enligt International Energy Agency finns det runt 1 600 miljoner luftkonditioneringsapparater i världen. På samma sätt genererar kylskåp, kylskåp, källare och all utrustning som är utformad för att sänka temperaturen i ett slutet område termisk förorening.

- Industriella processer

I själva verket involverar alla industriella omvandlingsprocesser överföring av värme till miljön. Vissa branscher gör det i särskilt höga hastigheter, såsom gasförening, metallurgi och glasproduktion.

Flytande gaser

Förgasnings- och kondensationsindustrin i olika industriella och medicinska gaser kräver kylprocesser. Dessa processer är endotermiska, det vill säga de absorberar värme genom att kyla omgivningen.

För detta används vatten som returneras till miljön vid en lägre temperatur än den ursprungliga.

Metallurgisk

Smältsugnar avger värme i miljön eftersom de når temperaturer över 1500 ºC. Å andra sidan använder materialkylningsprocessen vatten som åter kommer in i miljön vid en högre temperatur.

Glasproduktion

Vid materialets smält- och gjutprocesser uppnås temperaturer upp till 1 600 ° C. I detta avseende är den termiska föroreningen som genereras av denna industri betydande, särskilt i arbetsmiljön.

- Belysningssystem

Glödlampor eller strålkastare och lysrör sprider energi i form av värme till miljön. På grund av den höga koncentrationen av belysningskällor i stadsområden blir detta en källa till betydande värmeföroreningar.

- Förbränningsmotorer

Förbränningsmotorer, som de i bilar, kan generera cirka 2500 ºC. Denna värme avleds till miljön genom kylsystemet, speciellt genom kylaren.

Med hänsyn till att hundratusentals fordon cirkulerar dagligen i en stad är det möjligt att dra slutsatsen över mängden värme som överförs.

- Stadscentrum

I praktiken är en stad en källa till termisk förorening på grund av att det finns många av de faktorer som redan nämnts. En stad är dock ett system vars termiska effekt bildar en värmeö inom ramen för dess omgivningar.

Värmeöar i Spanien. Källa: Galjundi7

Albedo-effekt

Albedo hänvisar till förmågan hos ett objekt att reflektera solstrålning. Utöver det kaloribidrag som varje element som finns (bilar, bostäder, industrier) kan ge, har stadsstrukturen en betydande synergi.

Till exempel har material i urbana centra (främst betong och asfalt) en låg albedo. Detta får dem att bli väldigt heta, vilket tillsammans med värmen som släpps ut genom aktivitet i staden ökar värmeföroreningen.

Nettobidrag från stadsvärmen

Olika undersökningar har visat att värmeproduktion genom mänskliga aktiviteter under en varm dag i en stad kan vara mycket hög.

I Tokyo finns det till exempel en värmeingång på 140 W / m2, vilket motsvarar en temperaturökning på cirka 3 ºC. I Stockholm beräknas nettobidraget till 70 W / m2, vilket motsvarar en ökning av temperaturen med 1,5 ºC.

konsekvenser

- Förändringar i fysiska egenskaper hos vatten

Ökningen i vattentemperatur till följd av termisk förorening orsakar fysiska förändringar i den. Till exempel reducerar det upplöst syre och ökar koncentrationen av salter, vilket påverkar akvatiska ekosystem.

I vattendrag som är föremål för säsongsmässiga förändringar (vinterfrysning) förändrar tillförsel av varmt vatten den naturliga frysningshastigheten. Detta påverkar i sin tur levande saker som har anpassats till den årstiden.

- Påverkan på biologisk mångfald

Vattenliv

I kylsystem för termoelektriska växter ger exponering för höga temperaturer fysiologiska chocker för vissa organismer. I detta fall påverkas fytoplankton, djurplankton, ägg och larver av plankton, fisk och ryggradslösa djur.

Många vattenlevande organismer, särskilt fiskar, är mycket känsliga för vattentemperatur. I samma art varierar det ideala temperaturområdet beroende på acklimatiseringstemperaturen för varje specifik population.

På grund av detta orsakar temperaturvariationer försvinnande eller migration av hela populationerna. Således kan utloppsvattnet från en termoelektrisk anläggning öka temperaturen med 7,5-11 ºC (sötvatten) och 12-16 ºC (saltvatten).

Denna värmechock kan leda till snabb död eller orsaka biverkningar som påverkar populationernas överlevnad. Bland andra effekter, genom att värma vattnet minskar det upplösta syret i vattnet, vilket orsakar hypoxiska problem.

övergödning

Detta fenomen påverkar allvarligt akvatiska ekosystem, till och med orsakar försvinnandet av livet i dem. Det börjar med spridning av alger, bakterier och vattenväxter som ett resultat av konstgjorda bidrag av näringsämnen till vattnet.

När populationerna av dessa organismer ökar konsumerar de upplöst syre i vattnet och orsakar döden av fisk och andra arter. Ökning av vattentemperaturen bidrar till övergödning genom att minska upplöst syre och koncentrera salter, vilket gynnar tillväxten av alger och bakterier.

Terrestriskt liv

När det gäller luft påverkar variationer i temperatur fysiologiska processer och artens beteende. Många insekter minskar deras fertilitet vid temperaturer över vissa nivåer.

På samma sätt är växter känsliga för temperatur för sin blomning. Den globala uppvärmningen gör att vissa arter utvidgar sitt geografiska intervall, medan andra ser det begränsat.

- Mänsklig hälsa

Värmeslag

Ovanligt höga temperaturer påverkar människors hälsa, och så kallad termisk chock eller värmeslag kan uppstå. Detta består av akut dehydrering som kan orsaka förlamning av olika vitala organ och till och med leda till döden.

Värmevågor kan orsaka hundratals och till och med tusentals människor som i Chicago (USA), där 1995 dör cirka 700 människor. Samtidigt har värmevågorna i Europa mellan 2003 och 2010 orsakat döden av tusentals människor.

Hjärt-kärlsjukdomar

Å andra sidan påverkar höga temperaturer negativt hälsan hos personer med hjärt-kärlsjukdomar. Denna situation är särskilt allvarlig i fall av hypertoni.

Plötsliga temperaturförändringar

Plötsliga variationer i temperatur kan försvaga immunsystemet och göra kroppen mer mottaglig för luftvägssjukdomar.

Hygien och arbetsmiljö

Termisk förorening är en arbetshälsofaktor i vissa industrier, till exempel metallurgi och glas. Här utsätts arbetare för strålningsvärme som kan orsaka allvarliga hälsoproblem.

Även om säkerhetsåtgärder naturligtvis vidtas är termisk förorening betydande. Förhållandena inkluderar värmeutmattning, värmechock, extremt utstrålade värmebrännskador och fertilitetsproblem.

Tropiska sjukdomar

Ökningen av den globala temperaturen orsakar att sjukdomar som hittills begränsats till vissa tropiska områden utvidgar sin handlingsradie.

I april 2019 hölls den 29: e europeiska kongressen för klinisk mikrobiologi och infektionssjukdomar i Amsterdam. I detta händelse påpekades att sjukdomar som chikungunya, dengue eller leishmaniasis kan spridas till Europa.

På liknande sätt kan fästingburen encefalit påverkas av samma fenomen.

Hur man förhindrar det

Målet är att minska nettobidraget från värme till miljön och förhindra att den producerade värmen fångas i atmosfären.

- Användning av effektivare energikällor och teknik för elproduktion

Energikällor

Termoelektriska anläggningar orsakar det största bidraget från värmeföroreningar när det gäller nettovärmeöverföring till atmosfären. I detta avseende är det viktigt att ersätta fossila bränslen med rena energier för att minska termisk förorening.

Sol-, vind- (vind) och vattenkraftproduktionsprocesser (vatten) ger mycket låg restvärmeinsatser. Detsamma sker med andra alternativ som vågenergi (vågor) och geotermisk (värme från jorden),

Technologies

Termoelektriska anläggningar och industrier vars processer kräver kylsystem kan använda slutna system. Mekaniska värmespridningssystem kan också införlivas för att minska vattentemperaturen.

Kogeneration

Kraftvärme består av att samtidigt producera elektrisk energi och användbar termisk energi såsom ånga eller varmt vatten. För detta har tekniker utvecklats som gör det möjligt att återvinna och utnyttja spillvärme som genereras i industriella processer.

Till exempel utvecklar INDUS3ES-projektet som finansieras av Europeiska kommissionen ett system baserat på en ”värmetransformator”. Detta system kan absorbera restvärme vid låg temperatur (70 till 110 ºC) och återföra det till en högre temperatur (120-150 ºC).

Andra dimensioner av kraftproduktion

Mer komplexa system kan inkludera andra dimensioner av energiproduktion eller transformation.

Bland dessa har vi trigeneration, som består av att integrera kylprocesser utöver elproduktion och värme. Dessutom, om mekanisk energi genereras ytterligare, talar vi om tetragenerering.

Vissa system är CO2-fällor, förutom att producera elektricitet, termisk och mekanisk energi, i vilket fall vi talar om fyra generationer. Alla dessa system bidrar också till att minska koldioxidutsläppen.

- Minska utsläppet av växthusgaser

Eftersom den globala uppvärmningen är fenomenet termisk förorening med den största påverkan på planeten är det nödvändigt att minska det. För att uppnå detta är det viktigaste att minska utsläppen av växthusgaser, inklusive CO2.

Minskningen av utsläppen kräver en förändring i mönstret för den ekonomiska utvecklingen och ersätter fossila energikällor med ren energi. I själva verket minskar detta utsläppet av växthusgaser och produktionen av spillvärme.

- Kylvattenkylningsperiod

Ett alternativ som används av vissa termoelektriska anläggningar är byggandet av kylningsdammar. Dess funktion är att vila och kyla vattnet som härrör från kylsystemet innan de återförs till sin naturliga källa.

Exempel på termisk förorening

Brayton termoelektriska kraftverk (USA). Källa: Wikimaster97commons

Santa María de Garoña kärnkraftverk

Kärnkraftverk producerar elektrisk energi från nedbrytning av radioaktivt material. Detta genererar mycket värme, vilket kräver ett kylsystem.

Kärnkraftverket Santa María de Garoña (Spanien) var en kraftproduktionsanläggning av typen BWR (kokande vattenreaktor) som invigdes 1970. Kylsystemet använde 24 kubikmeter vatten per sekund från floden Ebro.

Enligt det ursprungliga projektet skulle avloppsvattnet som återvände till floden inte överstiga 3 ºC med avseende på flodtemperaturen. 2011 fann en Greenpeace-rapport, bekräftad av ett oberoende miljöföretag, mycket högre temperaturökningar.

Vattnet i utsläppsområdet nådde 24 ºC (6,6 till 7 ºC naturligt flodvatten). Därefter, fyra kilometer nedströms från spillområdet, överskred den 21 ºC. Anläggningen upphörde den 16 december 2012.

Luftkonditioneringsapparater i Madrid (Spanien)

I städer finns det fler och fler luftkonditioneringssystem för att minska omgivningstemperaturen under den varma säsongen. Dessa enheter fungerar genom att ta ut varm luft inifrån och sprida den utanför.

De är i allmänhet inte mycket effektiva, så de diffunderar ännu mer värme ute än de utvinner från insidan. Dessa system är därför en relevant källa för termisk förorening.

I Madrid höjer uppsättningen luftkonditioneringsapparater som finns i staden omgivningstemperaturen med upp till 1,5 eller 2 ºC.

Ett positivt exempel: margarinproduktionsanläggning i Peru

Margarin är en ersättning för smör som erhålls genom hydrering av vegetabiliska oljor. Hydrogenering kräver mättande vegetabilisk olja med väte vid höga temperaturer och tryck.

Denna process kräver ett vattenbaserat kylsystem för att fånga upp det uppkomna spillvärme. Vatten tar upp värme och höjer temperaturen och återförs sedan till miljön.

I ett peruansk margarinproducerande företag orsakade ett flöde av varmt vatten (35 ºC) termisk förorening i havet. För att motverka denna effekt implementerade företaget ett kraftvärme-system baserat på en stängd kylkrets.

Genom detta system var det möjligt att återanvända det varma vattnet för att förvärma vattnet som kommer in i pannan. På detta sätt sparades vatten och energi och flödet av varmt vatten till havet minskades.

referenser

1. Burkart K, Schneider A, Breitner S, Khan MH, Krämer A och Endlicher W (2011). Effekten av atmosfäriska termiska förhållanden och termisk förorening i staden på all orsak och hjärt-dödlighet i Bangladesh. Miljöföroreningar 159: 2035–2043.
2. Coutant CC och Brook AJ (1970). Biologiska aspekter av värmeföroreningar I. Effekter på kanal- och urladdningskanalen ∗. CRC Kritiska recensioner i miljökontroll 1: 341–381.
3. Davidson B och Bradshaw RW (1967). Termisk förorening av vattensystem. Miljövetenskap och teknik 1: 618–630.
4. Dingman SL, Weeks WF och Yen YC (1968). Effekterna av termisk förorening på flodisen. Vattenresursforskning 4: 349–362.
5. Galindo RJG (1988). Föroreningar i ekosystem i kusten, en ekologisk strategi. Autonoma universitetet i Sinaloa, Mexiko. 58 sid.
6. Indus3Es-projekt. (Sett 12 augusti 2019). indus3es.eu
7. Nordell B (2003). Termisk förorening orsakar global uppvärmning. Global och planetary förändring 38: 305–12.