Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις της Παραγωγής και Κατανάλωσης Ενέργειας. Βασικές πηγές ατμοσφαιρικής Ρύπανσης. Υδρογονάνθρακες

Transcript

1 Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις της Παραγωγής και Κατανάλωσης Ενέργειας Α. Ατμοσφαιρική Ρύπανση Β. Κλιματικές Μεταβολές Βασικές πηγές ατμοσφαιρικής Ρύπανσης Καύση υδρογονανθράκων Καύση του άνθρακα Υδρογονάνθρακες C x H y + (x + ¼ y) Ο x CΟ + ½ y Η Ο Μονοξείδιο του άνθρακα CO CO CO + ½ O k exp RT [ CO][ O ] [ CO ] 1 Μέγιστες συγκεντρώσεις του CO κατά την καύση του οκτανίου, για διάφορες αναλογίες μείγματος και θερμοκρασίες καύσης. Αναλογία μείγματος Συγκέντρωση CO 000 Κ 3000 Κ 4000 Κ

2 Οξείδια του αζώτου NO, NO Θερμική παραγωγή Οξείδωση αζωτούχων ενώσεων Διοξείδιο του θείου SO Οξείδωση θειούχων ενώσεων Άνθρακας ΝΟ, ΝΟ : Οξείδωση αζωτούχων ενώσεων SO, SO 3 : Οξείδωση θειούχων ενώσεων C: Σε μορφή κονιορτού (αιθάλη) Αιωρούμενα Σωματίδια Βιομηχανική δραστηριότητα (παραγωγική διαδικασία) Εκπομπή σωματιδίων από βιομηχανικά υλικά (εξόρυξη μεταφορά λιγνίτη, στερεά απόβλητα) Εκπομπή σωματιδίων από άλλες δραστηριότητες (γεωργία, κατασκευές, πυρκαγιές, φυσικές εκπομπές) Μεταφορές (φθορές τμημάτων οχημάτων, εκπομπές κινητήρων,)

3 Αιωρούμενα σωματίδια Κλιματικές Επιδράσεις Σχηματισμός πυρήνων συμπύκνωσης Επίδραση στο πεδίο της ακτινοβολίας (Οπτικές ιδιότητες) Βιομηχανικά αέρια Διοξείδιο του άνθρακα (60%) Άλλα βιομηχανικά αέρια CFC, N O, CH 4, NH 3, NHO 3, CH, SO, CH Cl (0%) Θερμοκρασία Υδρατμοί

4 Table 1: Example of greenhoue gae affected by human activitie CO (Carbon Dioxide) About 80 ppm CH 4 (Methane) N O (Nitrou Oxide) CHC-11 (Chlorofluorocarbon-11) HFC-3 (Hydrofluoro -carbon-3) CF 4 (Perfluoromethane) Pre-indutrial concentration About 700 ppb About 70 ppb Zero Zero 40 ppt Concentration in ppm 1745 ppb 314 ppb 68 ppt 14 ppt 80 ppt Rate of concentration 1.5 ppm/yr 7.0 ppb/yr 0.8 ppb/yr -1.4 ppt/yr 0.55 ppt/yr 1 ppt/yr change b Atmopheric lifetime 5 to 00 yr c 1 yr d 114 yr d 45 yr 60 yr > yr Note: a Rate ha fluctuated between 0.9 ppm/yr and.8 ppm/yr for CO and between 0 and 13 ppb/yr for CH 4 over the period 1990 to b Rate i calculated over the period 1990 to c No ingle lifetime can be defined for CO becaue of the different rate of uptake by different removal procee. d Thi lifetime ha been defined a an adjutment time that take into account the indirect effect of the ga on it own reidence time. Source: Climate 001, The Scientific Bai, Technical Summary of the Working Group I Report, p.38. Table : World Energy Conumption (Mtoe) ** * Total Final Conumption 3,67 5,808 7,55 9,117.0 Coal Oil 1,888,83 3,708 4,493.0 Ga 608 1,044 1,338 1, Electricity ,43 1,846.8 Heat Renewable * Average annual growth rate, in percent ** Million tone of oil equivalent Source: International Energy Agency, World Energy Outlook 000, p.61.

5 Table 4: CO emiion from fuel combution, 1998 Top ten: Annex I & non-annex I Partie Larget emitter: Annex I and Non-Annex I Partie (Million of tonne of CO) % World Top ten: Annex I Partie % World Top ten: non-annex I Partie % World 1 United State 5,410 4% United State 5, % China, % China,893 13% Ruian Federation 1, % India % 3 Ruian Federation 1,416 6% Japan 1, % Republic of Korea % 4 Japan 1,18 5% Germany % Mexico % 5 Germany 857 4% United Kingdom % South Africa % 6 India 908 4% Canada % Brazil % 7 United Kingdom 550 % Italy % Saudi Arabia % 8 Canada 477 % France % Iran % 9 Italy 46 % Ukraine % Indoneia % 10 France 376 % Poland % Dem People' Republic Korea % Total 14,441 Total 11, Total 6, % of world total 64% % of world total 50% % of world total 7% % of Annex I total 85% % of non-annex I total 71% Group total emiion % of world total t CO per capita World#,76 na 3.87 Annex I Partie 13,383 59% Annex II Partie 10,79 47% 1.00 European Union 3,171 14% 8.47 EIT Partie,59 11% 8.18 non-annex I Partie 8,6 38%

6 ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ενέργεια που δέχεται η Γη σε ένα έτος: kj Ανακλάται πίσω στο διάστημα το 30% Συνολικά απορροφούμενη ενέργεια: kj ανά έτος (Περίπου διπλάσια της ενέργειας από όλα τα διαθέσιμα ορυκτά καύσιμα) Πού διατίθεται αυτή η ενέργεια? 30% Εξάτμιση υδάτων 0% Κινητική ενέργεια του ανέμου 1% Φωτοσύνθεση 49% Θέρμανση Ατμόσφαιρας Γης Ροή Ηλιακής Ενέργειας (ισχύς ανά μονάδα επιφάνειας) Μέγιστη ροή στην επιφάνεια της Γης: ~1 kw m - Διακύμανση ροής ενέργειας: 3-30 ΜJ m - day -1 (τόπος, εποχή, καιρική κατάσταση) Ηλιακή ακτινοβολία (hort wave radiation) Φασματικό εύρος: μm Ροή: 1 kw m - Γήινη ακτινοβολία (long wave radiation) Φασματικό εύρος: μm Ροή: 1 kw m - 6

7 3E+007 UV-A SOLAR IRRADIANCE (W.cm -.r -1.μm -1 ) E+007 1E+007 UV-C UV-B VIS IR WAVELENGTH (nm) 4 EARTH RADIATION (W.cm -.r -1.μm -1 ) 3 1 T 50 K WAVELENGTH (nm) W m - % UV-C λ<80 nm UV-B nm UV-A nm ΟΡΑΤΟ nm ΥΠΕΡΥΘΡΟ λ>700 nm ΗΛΙΑΚΗ ΣΤΑΘΕΡΑ

8 8 Υπολογισμός της ηλιακής ενέργειας που δέχεται η Γη Ροή ενέργειας από τον Ήλιο: F σ T eff kw cm - (±1.5%) T eff ~5800 Κ σ: σταθερά των Stefan-Boltzmann ( W cm - deg -4 ). Ολική ισχύς από τον Ήλιο: E ol F 4π R R ~ 696x10 3 km Ροή ενέργειας σε απόσταση α: 4 α π α α ol R F E F Ροή ενέργειας στη μέση απόσταση Ηλίου Γης (ηλιακή σταθερά ~1367 W m - ): m m d F d R F S α α Μέση απόσταση ηλίου-γης d m 1.496x10 8 km Μέση ολική ισχύς Ε Γολ που δέχεται η Γη: m d R R F R S E Γ Γ ολ Γ π π Μέση ακτίνα της γης R Γ 6378 km 4 Τ Γ Γ m eff d R R E πσ ολ

9 9

10 Διακυμάνσεις της ηλιακής ακτινοβολίας: Γεωμετρικοί παράγοντες (κλίση ακτίνων, απόσταση ηλίου γης) Επίδραση της ατμόσφαιρας (απορρόφηση, σκέδαση, ανάκλαση) θ F F α co θ θ 10

11 co θ in δ in φ + co δ co φ co H δ δ0 ( 84 n) in