Il inquinamento termico Si verifica quando un fattore causa un cambiamento indesiderato o dannoso nella temperatura ambiente. L'ambiente più colpito da questo inquinamento è l'acqua, tuttavia può influenzare anche l'aria e il suolo.
La temperatura media dell'ambiente può essere alterata sia da cause naturali che da azioni umane (antropiche). Le cause naturali includono incendi boschivi non provocati ed eruzioni vulcaniche.
Tra le cause antropiche vi sono la generazione di energia elettrica, la produzione di gas serra e i processi industriali. Allo stesso modo, contribuiscono i sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria..
Il fenomeno di inquinamento termico più rilevante è il riscaldamento globale, che implica un aumento della temperatura media planetaria. Ciò è dovuto al cosiddetto effetto serra e ai contributi netti di calore residuo da parte dell'uomo..
L'attività che genera il maggior inquinamento termico è la produzione di energia elettrica dalla combustione di combustibili fossili. La combustione del carbone o dei prodotti petroliferi diffonde calore e produce CO2, il principale gas serra.
L'inquinamento termico provoca cambiamenti fisici, chimici e biologici che hanno un impatto negativo sulla biodiversità. La proprietà più rilevante delle alte temperature è il suo potere catalitico e include le reazioni metaboliche che si verificano negli organismi viventi..
Gli esseri viventi richiedono determinate condizioni di ampiezza di variazione della temperatura per sopravvivere. Ecco perché qualsiasi alterazione di questa ampiezza può comportare la diminuzione delle popolazioni, la loro migrazione o la loro estinzione..
D'altra parte, l'inquinamento termico influisce direttamente sulla salute umana provocando esaurimento da calore, shock termico e aggravanti malattie cardiovascolari. Inoltre, il riscaldamento globale fa sì che le malattie tropicali espandano il loro raggio d'azione geografico..
Prevenire l'inquinamento termico richiede di modificare le modalità di sviluppo economico e le abitudini della società moderna. Ciò a sua volta implica l'implementazione di tecnologie che riducono l'impatto termico sull'ambiente..
Qui vengono presentati alcuni esempi di inquinamento termico, come la centrale nucleare di Santa María de Garoña (Burgos, Spagna) che ha funzionato tra il 1970 e il 2012. Questa centrale ha scaricato l'acqua calda dal suo sistema di raffreddamento nel fiume Ebro, aumentando la sua temperatura naturale fino a 10 ºC..
Un altro caso caratteristico di inquinamento termico è fornito dall'utilizzo di dispositivi di condizionamento. La proliferazione di questi sistemi per ridurre la temperatura aumenta la temperatura di una città come Madrid fino a 2 ºC.
Infine, il caso positivo di un'azienda produttrice di margarina in Perù che utilizza l'acqua per raffreddare l'impianto e l'acqua calda risultante viene restituita al mare. In questo modo sono riusciti a risparmiare energia, acqua e ridurre l'apporto di acqua calda all'ambiente.
Indice articolo
L'inquinamento termico è derivato dalla trasformazione di altre energie poiché tutta l'energia quando dispiegata genera calore. Consiste nell'accelerazione del movimento delle particelle del mezzo.
Pertanto il calore è un trasferimento di energia tra due sistemi che si trovano a temperature diverse..
La temperatura è una quantità che misura l'energia cinetica di un sistema, cioè il movimento medio delle sue molecole. Questo movimento può essere di traslazione come in un gas o vibrazioni come in un solido.
Si misura con un termometro, di cui esistono diversi tipi, i più comuni sono il dilatatore e l'elettronica.
Il termometro ad espansione si basa sul coefficiente di espansione di alcune sostanze. Queste sostanze, quando riscaldate, si allungano e il loro aumento segna una scala graduata..
Il termometro elettronico si basa sulla trasformazione dell'energia termica in energia elettrica tradotta su scala numerica.
La scala più comune utilizzata è quella proposta da Anders Celsius (ºC, gradi Celsius o centigradi). In esso, 0 ºC corrisponde al punto di congelamento dell'acqua e 100 ºC al punto di ebollizione..
La termodinamica è la branca della fisica che studia le interazioni del calore con altre forme di energia. La termodinamica contempla quattro principi fondamentali:
- Due oggetti con temperature diverse scambieranno calore fino a raggiungere l'equilibrio.
- L'energia non si crea né si distrugge, si trasforma solo.
- Una forma di energia non può essere completamente trasformata in un'altra senza perdita di calore. E il flusso di calore sarà dal mezzo più caldo a quello meno caldo, mai il contrario.
- Non è possibile raggiungere una temperatura pari allo zero assoluto.
Questi principi applicati all'inquinamento termico determinano che ogni processo fisico genera trasferimento di calore e produce inquinamento termico. Inoltre, può essere prodotto aumentando o diminuendo la temperatura del mezzo..
L'aumento o la diminuzione della temperatura è considerato inquinante quando esce dai parametri vitali.
La temperatura è uno degli aspetti fondamentali per il verificarsi della vita così come la conosciamo. L'ampiezza della variazione di temperatura che consente la maggior parte della vita attiva varia da -18 ºC a 50 ºC.
Gli organismi viventi possono esistere in uno stato latente a temperature di -200 ºC e 110 ºC, tuttavia sono casi rari.
Alcuni cosiddetti batteri termofili possono esistere a temperature fino a 100ºC fintanto che è presente acqua liquida. Questa condizione si verifica ad alte pressioni sul fondo del mare nelle aree di bocchette idrotermali..
Ciò indica che la definizione di inquinamento termico in un mezzo è relativa e dipende dalle caratteristiche naturali del mezzo. Allo stesso modo, è correlato ai requisiti degli organismi che abitano una data area..
Negli esseri umani, la temperatura corporea normale varia da 36,5 ° C a 37,2 ° C e la capacità omeostatica (per compensare le variazioni esterne) è limitata. Temperature inferiori a 0 ºC per lunghi periodi di tempo e senza alcuna protezione artificiale causano la morte.
Allo stesso modo, temperature costantemente superiori a 50 ºC sono molto difficili da compensare a lungo termine..
In acqua, l'inquinamento termico ha un effetto più immediato poiché il calore si dissipa più lentamente qui. Nell'aria e nel suolo l'inquinamento termico ha effetti meno forti perché il calore si dissipa più rapidamente..
D'altra parte, in piccole aree la capacità dell'ambiente di dissipare grandi quantità di calore è molto limitata..
Il calore ha un effetto catalitico sulle reazioni chimiche, cioè accelera queste reazioni. Questo effetto è il principale fattore per cui l'inquinamento termico può avere conseguenze negative per l'ambiente..
Pertanto, alcuni gradi di differenza di temperatura possono innescare reazioni che altrimenti non si verificherebbero..
La Terra ha attraversato cicli di alte e basse temperature medie nel corso della sua storia geologica. In questi casi, le fonti dell'aumento della temperatura del pianeta erano di natura naturale come il sole e l'energia geotermica..
Attualmente, il processo di riscaldamento globale è associato alle attività svolte dagli esseri umani. In questo caso, il problema principale è la diminuzione della velocità di dissipazione di detto calore verso la stratosfera..
Ciò si verifica principalmente a causa dell'emissione di gas serra da parte delle attività umane. Questi includono l'industria, il traffico veicolare e la combustione di combustibili fossili..
Il riscaldamento globale rappresenta oggi il processo di inquinamento termico più grande e pericoloso che esista. Inoltre, l'emissione di calore dall'uso globale di combustibili fossili aggiunge ulteriore calore al sistema..
Una centrale termoelettrica è un complesso industriale progettato per produrre elettricità dal combustibile. Detto combustibile può essere fossile (carbone, petrolio o derivati) o un materiale radioattivo (ad esempio uranio).
Questo sistema richiede il raffreddamento delle turbine o dei reattori e per questo viene utilizzata l'acqua. Nella sequenza di raffreddamento, un grande volume d'acqua viene prelevato da una comoda sorgente fredda (un fiume o il mare).
Successivamente, le pompe lo spingono attraverso tubi che sono circondati dal vapore caldo di scarico. Il calore passa dal vapore all'acqua di raffreddamento e l'acqua riscaldata viene restituita alla sorgente portando il calore in eccesso nell'ambiente naturale..
Gli incendi boschivi sono oggi un fenomeno comune, essendo in molti casi causati direttamente o indirettamente da esseri umani. L'incendio di grandi masse forestali trasferisce enormi quantità di calore principalmente all'aria e al suolo.
I dispositivi di condizionamento non solo alterano la temperatura dell'area interna, ma provocano squilibri nell'area esterna. Ad esempio, i condizionatori d'aria dissipano all'esterno il 30% in più del calore che estraggono dall'interno.
Secondo l'Agenzia Internazionale dell'Energia ci sono circa 1.600 milioni di condizionatori d'aria nel mondo. Allo stesso modo, frigoriferi, frigoriferi, cantine e qualsiasi apparecchiatura progettata per abbassare la temperatura in un'area chiusa generano inquinamento termico..
Tutti i processi di trasformazione industriale, infatti, comportano il trasferimento di calore all'ambiente. Alcune industrie lo fanno a velocità particolarmente elevate come quelle dedicate alla liquefazione del gas, alla metallurgia e alla produzione di vetro.
Le industrie di rigassificazione e liquefazione di vari gas industriali e medicali richiedono processi di refrigerazione. Questi processi sono endotermici, cioè assorbono il calore raffreddando l'ambiente circostante..
Per questo viene utilizzata acqua che viene restituita all'ambiente ad una temperatura inferiore a quella iniziale..
Gli altiforni emettono calore nell'ambiente, poiché raggiungono temperature superiori a 1.500 ºC. D'altra parte, i processi di raffreddamento dei materiali utilizzano acqua che rientra nell'ambiente a una temperatura più elevata..
Nei processi di fusione e stampaggio del materiale si raggiungono temperature fino a 1.600 ºC. In questo senso l'inquinamento termico generato da questa industria è notevole, soprattutto nell'ambiente di lavoro..
Lampade ad incandescenza o faretti e lampade fluorescenti dissipano energia sotto forma di calore nell'ambiente. A causa dell'elevata concentrazione di sorgenti luminose nelle aree urbane, questa diventa una fonte di notevole inquinamento termico.
I motori a combustione interna, come quelli delle automobili, possono generare circa 2.500 ° C. Questo calore viene dissipato nell'ambiente attraverso il sistema di raffreddamento, in particolare attraverso il radiatore..
Tenendo conto che centinaia di migliaia di veicoli circolano quotidianamente in una città, è possibile dedurre la quantità di calore trasferita.
In pratica, una città è fonte di inquinamento termico per la presenza in essa di molti dei fattori già citati. Tuttavia, una città è un sistema il cui effetto termico forma un'isola di calore nel quadro del suo ambiente..
L'albedo si riferisce alla capacità di un oggetto di riflettere la radiazione solare. Al di là dell'apporto calorico che ogni elemento presente (automobili, abitazioni, industrie) può dare, la struttura urbana esercita una significativa sinergia.
Ad esempio, i materiali nei centri urbani (principalmente cemento e asfalto) hanno un basso albedo. Questo fa sì che diventino molto caldi, che insieme al calore emesso dall'attività in città aumenta l'inquinamento termico.
Diverse indagini hanno dimostrato che la generazione di calore dalle attività umane durante una giornata calda in una città può essere molto elevata.
Ad esempio, a Tokyo c'è un apporto termico netto di 140 W / m2, equivalente a un aumento della temperatura di circa 3 ºC. A Stoccolma, il contributo netto è stimato a 70 W / m2, equivalente a un aumento della temperatura di 1,5 ºC.
L'aumento della temperatura dell'acqua a causa dell'inquinamento termico provoca cambiamenti fisici in essa. Ad esempio, l'ossigeno disciolto diminuisce e la concentrazione di sali aumenta, influenzando gli ecosistemi acquatici..
Nei corpi idrici soggetti a cambiamenti stagionali (gelo invernale), l'aggiunta di acqua calda altera il tasso di congelamento naturale. Questo a sua volta colpisce gli esseri viventi che si sono adattati a quella stagionalità..
Nei sistemi di raffreddamento degli impianti termoelettrici, l'esposizione ad alte temperature produce uno shock fisiologico per alcuni organismi. In questo caso sono colpiti fitoplancton, zooplancton, uova e larve di plancton, pesci e invertebrati..
Molti organismi acquatici, in particolare i pesci, sono molto sensibili alla temperatura dell'acqua. Nella stessa specie, l'intervallo di temperatura ideale varia a seconda della temperatura di acclimatazione di ciascuna specifica popolazione..
A causa di ciò, le variazioni di temperatura causano la scomparsa o la migrazione di intere popolazioni. Pertanto, l'acqua di scarico da un impianto termoelettrico può aumentare la temperatura di 7,5-11 ºC (acqua dolce) e 12-16 ºC (acqua salata).
Questo shock termico può portare a una morte rapida o indurre effetti collaterali che influenzano la sopravvivenza delle popolazioni. Tra gli altri effetti, il riscaldamento dell'acqua riduce l'ossigeno disciolto nell'acqua, causando problemi di ipossia..
Questo fenomeno colpisce gravemente gli ecosistemi acquatici, provocando anche la scomparsa della vita in essi. Inizia con la proliferazione di alghe, batteri e piante acquatiche a seguito di apporti artificiali di nutrienti all'acqua..
Man mano che le popolazioni di questi organismi aumentano, consumano l'ossigeno disciolto nell'acqua, causando la morte di pesci e altre specie. L'aumento della temperatura dell'acqua contribuisce all'eutrofizzazione riducendo l'ossigeno disciolto e concentrando i sali, favorendo la crescita di alghe e batteri..
Nel caso dell'aria, le variazioni di temperatura influenzano i processi fisiologici e il comportamento delle specie. Molti insetti riducono la loro fertilità a temperature superiori a determinati livelli.
Allo stesso modo, le piante sono sensibili alla temperatura per la loro fioritura. Il riscaldamento globale sta facendo sì che alcune specie espandano la loro area geografica, mentre altre lo vedono limitato.
Temperature insolitamente elevate influiscono sulla salute umana e possono verificarsi i cosiddetti shock termici o colpi di calore. Consiste in una disidratazione acuta che può causare la paralisi di vari organi vitali e persino causare la morte..
Le ondate di calore possono causare centinaia e persino migliaia di persone come a Chicago (USA), dove nel 1995 morirono circa 700 persone. Nel frattempo, le ondate di caldo in Europa tra il 2003 e il 2010 hanno causato la morte di migliaia di persone.
D'altra parte, le alte temperature influiscono negativamente sulla salute delle persone con malattie cardiovascolari. Questa situazione è particolarmente grave nei casi di ipertensione..
Variazioni improvvise di temperatura possono indebolire il sistema immunitario e rendere il corpo più suscettibile alle malattie respiratorie.
L'inquinamento termico è un fattore di salute sul lavoro in alcuni settori, ad esempio la metallurgia e il vetro. Qui i lavoratori sono soggetti a calore radiante che può causare seri problemi di salute..
Sebbene siano ovviamente prese misure di sicurezza, l'inquinamento termico è significativo. Le condizioni includono esaurimento da calore, shock termico, ustioni da calore radiato estremo e problemi di fertilità.
L'aumento della temperatura globale fa sì che le malattie fino ad ora limitate a determinate aree tropicali espandano il loro raggio d'azione.
Nell'aprile 2019 si è tenuto ad Amsterdam il 29 ° Congresso europeo di microbiologia clinica e malattie infettive. In questo caso, è stato sottolineato che malattie come la chikungunya, la dengue o la leishmaniosi possono diffondersi in Europa.
Allo stesso modo, l'encefalite da zecche può essere influenzata dallo stesso fenomeno..
Si tratta di ridurre i contributi netti di calore all'ambiente e di evitare che il calore prodotto rimanga intrappolato nell'atmosfera.
Gli impianti termoelettrici apportano il maggior contributo di inquinamento termico in termini di trasferimento netto di calore in atmosfera. In questo senso, per ridurre l'inquinamento termico è fondamentale sostituire i combustibili fossili con energie pulite.
I processi di produzione di energia solare, eolica (eolica) e idroelettrica (acqua) producono un apporto di calore residuo molto basso. Lo stesso accade con altre alternative come l'energia del moto ondoso (onde) e la geotermia (calore dalla terra),
Gli impianti termoelettrici e le industrie i cui processi richiedono sistemi di raffreddamento possono impiegare sistemi a circuito chiuso. È inoltre possibile incorporare sistemi meccanici di diffusione del calore per ridurre la temperatura dell'acqua..
La cogenerazione consiste nel produrre contemporaneamente energia elettrica ed energia termica utile come vapore o acqua calda. Per questo sono state sviluppate tecnologie che consentono di recuperare e sfruttare il calore residuo generato nei processi industriali..
Ad esempio, il progetto INDUS3ES finanziato dalla Commissione Europea sta sviluppando un sistema basato su un “trasformatore termico”. Questo sistema è in grado di assorbire il calore residuo a bassa temperatura (da 70 a 110 ºC) e riportarlo a una temperatura più alta (120-150 ºC).
Sistemi più complessi possono includere altre dimensioni di produzione o trasformazione di energia.
Tra questi abbiamo la trigenerazione, che consiste nell'incorporare processi di refrigerazione oltre alla generazione di elettricità e calore. Inoltre, se viene generata anche energia meccanica, si parla di tetragenerazione.
Alcuni sistemi sono trappole a CO2, oltre a produrre elettricità, energia termica e meccanica, nel qual caso si parla di quattro generazioni. Tutti questi sistemi contribuiscono anche a ridurre le emissioni di CO2..
Poiché il riscaldamento globale è il fenomeno dell'inquinamento termico con il maggiore impatto sul pianeta, è necessaria la sua mitigazione. Per raggiungere questo obiettivo, l'importante è ridurre le emissioni di gas serra, compresa la CO2.
La riduzione delle emissioni richiede un cambiamento nel modello di sviluppo economico, sostituendo le fonti energetiche fossili con l'energia pulita. In effetti, questo riduce l'emissione di gas serra e la produzione di calore di scarto..
Un'alternativa utilizzata da alcuni impianti termoelettrici è la costruzione di stagni di raffreddamento. La sua funzione è quella di far riposare e raffreddare le acque derivate dal sistema di raffreddamento prima di riportarle alla loro fonte naturale..
Le centrali nucleari producono energia elettrica dalla decomposizione di materiale radioattivo. Questo genera molto calore e richiede un sistema di raffreddamento.
La centrale nucleare di Santa María de Garoña (Spagna) era un impianto di generazione di energia del tipo BWR (reattore ad acqua bollente) inaugurato nel 1970. Il suo sistema di raffreddamento utilizzava 24 metri cubi di acqua al secondo dal fiume Ebro.
Secondo il progetto originale, le acque reflue restituite al fiume non supererebbero i 3 ºC rispetto alla temperatura del fiume. Nel 2011, un rapporto di Greenpeace, corroborato da una società ambientale indipendente, ha rilevato aumenti di temperatura molto più elevati.
L'acqua nella zona dello sversamento ha raggiunto i 24 ºC (da 6,6 a 7 ºC di acqua naturale di fiume). Poi, quattro chilometri a valle della zona di sversamento, ha superato i 21 ºC. L'impianto ha cessato l'attività il 16 dicembre 2012.
Nelle città sono sempre più numerosi i sistemi di condizionamento per abbassare la temperatura ambiente nella stagione calda. Questi dispositivi funzionano estraendo l'aria calda dall'interno e diffondendola all'esterno.
Generalmente non sono molto efficienti, quindi diffondono ancora più calore all'esterno di quanto ne estraggano dall'interno. Questi sistemi sono quindi una fonte rilevante di inquinamento termico.
A Madrid, l'insieme dei dispositivi di climatizzazione presenti in città aumenta la temperatura ambiente fino a 1,5 o 2 ºC.
La margarina è un sostituto del burro ottenuto per idrogenazione di oli vegetali. L'idrogenazione richiede la saturazione di olio vegetale con idrogeno ad alte temperature e pressioni.
Questo processo richiede un sistema di raffreddamento a base d'acqua per catturare il calore di scarto generato. L'acqua assorbe il calore e ne aumenta la temperatura, per essere poi restituita all'ambiente.
In un'azienda peruviana produttrice di margarina, un flusso di acqua calda (35 ° C) ha causato inquinamento termico nel mare. Per contrastare questo effetto, l'azienda ha implementato un sistema di cogenerazione basato su un circuito frigorifero chiuso.
Tramite questo sistema è stato possibile riutilizzare l'acqua calda per preriscaldare l'acqua in ingresso alla caldaia. In questo modo si risparmiavano acqua ed energia e si riduceva l'afflusso di acqua calda al mare..
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