нанотехнологии. Нанотехнологии. Экологическое будущее Студентка группы скд 202 нтгпк им. Н. А. Демидова Чемерис Ксения Введение
 Скачать 133.68 Kb.
|
|
Нанотехнологии. Экологическое будущее Выполнила: Студентка группы СКД 202 НТГПК им. Н.А. Демидова Чемерис Ксения Введение. Проблема экологии занимала человечество с давних времён. С ростом прогресса, соответственно, загрязнением окружающей среды, проблемы экологии становятся всё более важными. В последнее время их всё чаще пытаются решить с помощью нанотехнологий. Нанотехнология — это область науки и техники, которая занимается совокупностью теоретических и практических методов исследования, анализом и синтезом и методами изготовления и применения продукции, которая имеет заданную атомную структуру. В 1974 году Норио Танигучи впервые употребил термин «нанотехнологии», в 1980 году Эрик Дрекслер использовал этот термин. Производство таких продуктов осуществляется контролируемым манипулированием отдельными молекулами и атомами. Применение нанотехнологий помогает значительно снизить загрязнение окружающей среды. Методы нанотехнологии применяют в самых разных областях во многих странах мира. Однако нанотехнология - новая наука, и, несмотря на свои преимущества и достоинства, вызывает и опасения. Впрочем, у любой медали всегда две стороны. Поэтому, несмотря на множество явного положительного влияния нанотехнологий на жизнь современных людей, наночастицы могут наносить и вред, используясь в некоторых отраслях. Главная проблема в том, что наночастицы проникают сквозь абсолютно все очистительные фильтры, которые существуют на наш день. Поэтому, так как использование нанотехнологий становится всё более активным, произойдёт и некоторая революция в экологии. Будут создаваться специальные фильтры, задерживающие наночастицы. Так как нанотехнологии видимо облегчают жизнь человека, то можно предположить, что, во-первых, нанотехнологии будут использовать не во всех отраслях, а только в тех, где это необходимо. И, во-вторых, вскоре негативное влияние наночастиц будет изучено и будут придуманы новые методы защиты. Проблема экологии из-за человека. Глобальное потепление. Одной из важнейших экологических проблем выступает длительный рост средней температуры атмосферы нашей планеты. За период 1960-2000 гг. эта величина возросла примерно на 0,5, причем этот рост приобрел особо устойчивый характер в 80-е годы прошлого столетия. Ученые уверены, что основной причиной такого повышения является все возрастающее количество сжигаемого топлива (каменного угля, нефти и т.п.), промышленными установками, автомобилями и т.д. Именно продукты горения (двуокись углерода, метан и т.п.) и их взаимодействие с солнечным излучением являются основными факторами роста температуры атмосфера (парниковый эффект). Давней основной проблемой экологии стало снижения уровня потребления, так называемого ископаемого топлива (нефти и угля), что должно уменьшить и объем выбрасываемой в атмосферу окиси углерода и других продуктов горения. Поэтому поиск альтернативных источников энергии и разработка эффективных методов сохранения и передачи энергии (например, создание солнечных батарей и топливных элементов нового типа) стали важной научно - технической задачей. В самое последнее время выяснилось, что применение углеродных нанотрубок может привести к значительному повышению коэффициента полезного действия существующих преобразователей солнечной энергии. Кроме этого, было обнаружено, что углеродные нанотрубки могут весьма эффективно адсорбировать большие количества водорода, что сразу активизировало разнообразные исследования, относящиеся к разработке топливных элементов, батарей и т.п. Уничтожение озонового слоя. Другой важной экологической проблемой является сохранение озонового слоя атмосферы, который расположен примерно на высоте 20 километров и играет исключительно важную роль в защите поверхности планеты от ультрафиолетового излучения Солнца. Известно, что в последние годы озоновый слой разрушается под воздействием многих химических реагентов, используемых в быту и промышленности. Основную роль в процессах разрушения озонового слоя играют фреоны, которые являются не «природными», а искусственными продуктами и производятся химической промышленностью для различных целей (аэрозоли, хладагенты, установки кондиционирования воздуха и т.д.). Уменьшение озонового слоя на 1% сразу приводит к повышению частоты заболевания раком кожи на 3-6% и лейкемией - на 1%. Уменьшение озонового слоя на 10% имело бы катастрофические последствия, так как, в соответствии с некоторыми прогнозами, число страдающих раком кожи возросло бы сразу на 20%, а число болеющих лейкемией - на 1,6-1,7 миллиона человек. Вот уже около 10 лет наблюдается заметное разрушение озонового слоя, что ученые связывают с нарастающим выбросом в атмосферу различных фреоновых соединений. Наилучшим решением проблемы стало бы, конечно, полное запрещение использования фреонов, однако это является нереальным, и в наше время интенсивно ведется поиск веществ, которые могли бы заменить фреоны в различных применениях. Нанотехнологии могут дать достаточно эффективные методы решения этой задачи. Кислотные дожди. Очень серьезной экологической проблемой для многих стран (и особенно, для Японии) являются так называемые кислотные дожди (т. е. дожди, при которых вместе с водой выпадают серная и соляная кислота). Причиной возникновения таких дождей стало то, что в атмосферу попадает большое количество отходов промышленного производства выхлопных газов автомобилей. Такие отходы могут образовывать в дождевых облаках разнообразные окиси серы и азота, вступающие в реакцию с водными парами, в результате чего вместо дождя выпадает слабый раствор кислот. Для Японии такие кислотные дожди стали проблемой, начиная с конца 90-х годов. По статистике, относящейся к центральным областям Японии, в этот период резко возросло число заболеваний органов дыхания, хотя необходимо отметить, что еще в 1974 году в области Тохоку при кислотных дождях было зафиксировано дополнительно около 30 тысяч пациентов, жаловавшихся на расстройства зрения и заболевания кожи. Наиболее радикальным средством борьбы с кислотными дождями стал бы переход к новым источника энергии, не связанным со сжиганием нефти, угля и т.п. Нанотехнологии открывают широкие перспективы для повышения коэффициента полезного действия. Решение экологических проблем с помощью нанотехнологий. Зеленые нанотехнологии. Нанотехнологии способны изменить производственные процессы двумя способами. Во-первых, за счет быстрого сокращения отходов производства и повышения его эффективности. Во-вторых, за счет использования наноматериалов в качестве катализаторов, которые повысят эффективность производственных процессов и позволят избавиться от токсичных и грязных материалов, а также конечных продуктов. «Зеленые» нанотехнологии — это технологии, в которых используются безопасные для окружающей среды химические и технологические процессы. В идеале «зеленые» нанотехнологии должны улучшить производственные процессы, предъявляемые к материалам требования, химические процедуры, а также заменить текущие небезопасные вещества и процессы. Это позволит сократить расходы энергии и материалов. Значение «зеленой» химии и «зеленых» технологий было оценено по достоинству в 2005 г., когда Нобелевскую премию по химии «За вклад в развитие метода метатезиса в органическом синтезе» вручили Роберту Граббсу (Robert Grubbs) из Калифорнийского технологического института (США), Ричарду Шроку (Richard Schrock) из Массачусетского технологического института (США) и Иву Шовену (Yves Chauvin) из Института нефти (Франция). Метатезис означает такое «переключение» пары химических связей, при котором возникает перегруппировка атомов, то есть изменяется углеродный скелет одной или двух молекул. «Зеленые» решения для городов будущего Не существует никаких международных правил «зелёного» строительства. Каждый решает проблему экономии ресурсов и сокращения выбросов парниковых газов по-своему. Журнал National Geographic подобрал десять ярких тому примеров. (3 примера ниже): 1)Сингапур. В Сингапуре существуют уникальные Сады у залива, охватившие 1 млн м². Комплекс создан не только для красоты и отдохновения, но и для обуздания эффекта локального перегрева. Центральное место отведено стеклянному атриуму, где находится около 220 тыс. видов растительности (80% растительных видов мира, по уверениям Национального паркового совета Сингапура). За его пределами раскинулась роща из 18 «супердеревьев» — вертикальных садов до 50 м в высоту, которые собирают дождевую воду, фильтруют выхлопные газы и перерабатывают солнечную энергию, освещая себя по ночам. Эффект локального перегрева возникает в городах из-за того, что тротуар, асфальт и бетон поглощают тепло. По оценке Управления по охране окружающей среды США, среднегодовая температура в миллионнике примерно на 3 ˚С выше, чем в соседних сельских районах. Своего пика эффект достигает в самые жаркие дни лета из-за повального использования кондиционеров. Значение растительности в зонах урбанизации выходит за рамки охлаждения и тени. Городские насаждения помогают улучшить качество воздуха и воды благодаря природным механизмам фильтрации. Например, недавнее исследование показало, что травы, плющи и другие растения (не только деревья) способны снизить содержание диоксида азота и твёрдых частиц в воздухе на целых 40 и 60% соответственно. 2) Нью-Йорк «Научная баржа», которую можно встретить на реке Гудзон в Нью-Йорке, представляет собой школьный класс и теплицу. Питаемая солнечной энергией, ветром и биотопливом баржа, построенная в 2007 году, может похвастаться нулевым выбросом парниковых газов. Овощи выращивают методом гидропоники, растения получают все необходимые питательные вещества из воды: хорошую почву (и почву вообще) найти в городских условиях нелегко. Для полива используется дождевая вода и очищенная речная, пестициды запрещены. Компания New York Sun Works придумала баржу как прототип самодостаточного садика, который можно разбить на крыше здания. 3)Лондон. Первая экологическая деревня Великобритании появилась в Лондоне в 2002 году. Комплекс BedZED состоит из сотен домов и офисных посещений. Сады на крыше, вторичные строительные материалы, эффективная теплоизоляция, ускоренная переработка отходов, очень маленькое расстояние между домом и работой — всё это позволило вдвое снизить углеродный след поселения по сравнению с обычным городом. Международный совет по нанотехнологиям В 2004 г. энтузиастами была учреждена международная организация - Международный совет по нанотехнологиям (International Council on Nanotechnology - ICON), - которая собирает и распространяет всю доступную информацию о нанотехнологиях. Члены этой организации пытаются оценивать преимущества и недостатки нанотехнологий (например риски для окружающей среды) и распространяют информацию об этом. Химическое нанотехноэкологическое решение проблемы. Самоочищающиеся поверхность Такую поверхность называют нанотравой, она представляет собой множество параллельных нанопроволок (наностержней) одинаковой длины, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Самоочищение ворсистой поверхности от частиц грязи называют «эффектом лотоса». Применение: - самоочищающиеся поверхности и покрытия Молекулярные соединения аллотропных форм углерода. Молекулярные соединения аллотропных форм углерода в виде замкнутых многогранников. Молекула фуллерена состоит из 60 атомов углерода. Диаметр С60 составляет около 1 нм. Применение: - огнезащитные краски; - искусственные алмазы; - новые лекарства; - аккумуляторы. Оксид титана Оксид титана имеет сильную каталитическую активность. В присутствии ультрафиолетового излучения расщепляет молекулы воды на свободные радикалы. Применение: - очистка воды, воздуха, различных поверхностей от органических соединений; - самоочищающиеся стекла Выводы Вполне возможно, что некоторые новые материалы могут представлять риск для изготовителей и потребителей, а также для общества и окружающей среды. Поэтому ученые стремятся максимально тщательно и всесторонне изучить потенциальный риск, связанный с новыми нанотехнологиями, чтобы гарантировать безопасность их применения. Развитие нанотехнологий продолжается и вполне возможно, что человечество действительно решит глобальные проблемы с их помощью. |