Nerostné suroviny Energie Odpady
Hmota a energie Základní zákony: HMOTA : zákon zachování hmoty ENERGIE : I. a II. termodynamický zákon - "zákon zachování energie" - "zákon transformace energie" Zákon zachování (ekvivalence) hmoty a energie (teorie relativity) E = mc2 HMOTA V SYSTÉMU KOLUJE, ENERGIE JÍM PROTÉKÁ
ENERGIE •TYPY: - mechanická - chemická - elektrická - jaderná EFEKTIVITA VYUŽITÍ: - lidské t lo (20-25%) - spalovací motor (10%) - parní turbína (45%) - palivový lánek H - O (60%) - žárovka (5%) - fluorescen ní zá ivka (22%)
(S)pot eba energie sb ra i lovci-sb ra i raní zem d lci st edov k po átek pr myslu dnešní lov k
8MJ/den 16Mj/den 50MJ/den 100MJ/den 400MJ/den 800MJ/den
Zdroje energie Základním zdrojem energie na Zemi je Slunce obnovitelné zdroje slune ní energie p ímá slune ní (kolektory, fotovoltaické lánky) v trná vodní (hydroelektrárny, vodní mlýny) biomasa p íliv/odliv mo ských vln geotermální energie (+ tepelná erpadla)
Zdroje energie Neobnovitelné zdroje Fosilní paliva uhlí ropa zemní plyn ho lavé b idlice dehtové písky, rašelina Nukleární št pná reakce jaderná f ze
Zdroje energie 1) obnovitelné zdroje výhody: - istota - trvalá dostupnost nevýhody: - vysoká cena/nízký výkon - regionální dostupnost - nestálost - zábor ploch
Zdroje energie 2) fosilní paliva výhody: - vysoká koncentrace en./objem - propracovanost technologií - životnost HW a rozvodných soustav - stabilita produkce nevýhody: - emise škodlivin a skleník. plyn - odpady - vlivy t žby 90% globální produkce energie je z fosilních paliv
Zdroje energie 2) Nukleární výhody: stabilita produkce výhodná cena malý objem paliva nevýhody: t žba a zpracování U-rud radioaktivní odpad percepce rizika havárie
Hustota energetického toku
Ekin = 1/2 m v2 Epot = m g h -2 . s-1 (W/m2) (hustota en. toku): E . m kin kin
3 . ρ = ½ v kin
Hustota energetického toku 3 . ρ = ½ v kin
v = 5m/s (15m/s) ρ = 1,3kg/m3 2) – 5m/s = 1/2 . 1,3 . 125 (81,25W/m kin 2) – 15m/s = 1/2 . 1,3 . 3375 (2,19 kW/m kin
Klasické x alternativní zdroje Energetický p ínos r zných typ elektráren
Elektrárna uhelné, jaderné v trné foto lánkové
ukazatel lh ta výt žný pom r energetické (násobek vlož. návratnosti en.) (m s.)
3-4 8 - 16 48 - 144
120 – 140 12 – 30 2–5
Rizika energetiky
Rizika energetiky Bezpe nost „výroby“ energie (havárie) Bezpe nost p enosu energie (terorizmus, blackout) Bezpe nost „nákupu“ energie (z. politika)
Krizová energetika (funkce státu)
Zajišt ní p ístupu k energii
klí ové suroviny: ropa (30 - 80 let) uhlí (150 - 600 let) zemní plyn (cca 60 -150 let) uran (85- 250 let) • Lokalizace zásob • Energie pro chudé
Budoucnost hospoda ení s energií • Budou objeveny nové zdroje energie !!! (?) • Zm ní (nebo budou muset zm nit) lidé zp sob života? • Dotkne se nedostatek energie nás nebo budoucích generací? • Lze šetrné využití zdroj dohodnout na mezinárodní úrovni? • Povedou se o zdroje energie další války? • Bude dostatek energie pro chudé regiony/obyvatele?
"Metabolismus" spot eby
energie, suroviny → odpad z t žby ↓ (pr myslová) výroba → odpad z výroby ↓ výrobek (služby) → odpad z výrobku ↓ spot ebitel → TKO Hmota ani energie nemizí (zákony zachování)
Neobnovitelné zdroje surovin • • cca 100 rud (Fe, Cu, Al, Zn, Cr, Pb, ...) • nerostné stavební hmoty (kamenivo, písky, • cihlá ské hlíny, jíly CaCO3, ...) • hnojiva (ledky: NaNO3, Ca(NO3)2, fosfáty) • chem. pr mysl (ropa, uhlí, vosky, asfalty)
Obnovitelné zdroje surovin • • • • •
Biomasa - ásti t l rostlin a živo ich a/nebo produkty jejich metabolismu látky ve vod ? látky v ovzduší? p da ?
Koncept „ZDROJ“ Zdroj – surovina – látka zdroj (ložisko – z. k ra) (ekosystém - les) surovina (železná ruda) (d evo strom ) látka (železo) (papír) zdroj (ložisko – z. k ra) surovina (uhlí)
energie látky (dehet)
Zdroj – suroviny - zásoby - geologické (veškeré zjišt né – možné zásoby, tedy i nekvalitní typy) - bilan ní (to co je možno zahrnout pod požadované charakteristiky látky) - vyt žitelné (to, co je možno známými technologiemi vyt žit) - vyt žené (po p ekonání p irozených, i spole enských p ekážek)
Zdroj – suroviny - zásoby Pokles kovnatosti rud Cu v USA využitelných v metalurgii období 1881-1890 1891-1900 1901-1910 1911-1920 1921-1930 1951-1960 1970-1980 1981-1990
obsah% 5,20 3,80 2,06 1,64 1,49 1,06 0,62 0,58
Zdroj – suroviny - zásoby
Problém málo koncentrovaných zdroj Cu v rudách Cu v zemské k Cu ve vod 1kg CU (z rudy) 1kg Cu (z k ry) 1kg Cu (z vody)
e
cca 10 kg/t (1%) 50-70g/t 0.003g/t 0,99 t hlušiny 150-200t hlušiny 300000m3 odp. vody
Odpady Definice: Odpad je v c, které se chce její majitel (p vodce) zbavit nebo v c, jejíž odstran ní (likvidace) je nutné z hlediska ochrany životního prost edí (zdraví lidí).
Každá surovina má sv j zdroj Každý odpad má sv j propad
Odpady • podle charakteru - skupenství (pevné, kaly, kapalné, plynné)
• podle p vodu (komunální, pr myslové, zem d lské, zdravotnictví ...)
• podle nebezpe nosti (inertní, toxické, radioaktivní, ho lavé, ...)
Odpady Kategorie odpad dle platných norem: - odpady rostlin. a živo iš. p vodu - odpady minerálního p vodu - odpady z chemických proces - radioaktivní odpad - odpad z obcí
Nakládání s odpady shromaž ování – nádoby – kontejnery – sb rné dvory
-
Nakládíní s odpady p eprava - kontejnery - nákladní auta - železnice - lodi - potrubí
-
Nakládání s odpady skladování (do asné ukládání) – deponie – sklady – mezisklady – odkališt
-
Nakládání s odpady úprava – t íd ní – solidifikace – odvod ování – vysoušení – drcení – hutn ní – tepelné zpracování (pyrolýza)
Nakládání s odpady zneškod ování – kompostování – skládkování ( ízené, „divoké) – spalování – pyrolýza
Nakládání s odpady Spalování: oxidativní proces, kdy je v reak ním prostoru obsah kyslíku stechiometrický nebo vyšší. Pyrolýza a zply ování: reduktivní proces, p i kterém je obsah kyslíku v reak ním prostoru substechiometrický nebo nulový.
Nakládání s odpady zneškod ování – kompostování – skládkování ( ízené, „divoké) – spalování – pyrolýza – biotechnologické procesy – vitrifikace (skládkování)
Nakládání s odpady • R zným charakteristikám/typ m odpadu odpovídají r zné typy nakládání - TKO, toxický, radioaktivní, inertní ... • Odpady - vývozní i dovozní artikl. P evoz toxických, radioaktivních, i jiných odpad je upraven mezinárodními p edpisy
Odpady v kosmu • od po átku dobývání vesmíru vypušt no p es 5000 t les (20 000t) • z toho dodnes 2400 mimo provoz • kolem Zem krouží asi: - 10 000 objekt o velikosti 10-20cm - 100 000 objekt o velikosti 1-10cm - 10 000 000 objekt o vel.1cm-1mm • nejvíce kosmických zlomk ve výšce nad povrchem: 850 – 1500km • celková hmotnost zlomk asi 3x106 kg
Zdraví a životní prost edí
Definice (WHO 1948): Zdraví je stav celkové fyzické, mentální a sociální "pohody" (well being) a ne pouze nep ítomnost nemoci nebo t lesné vady.
37
fyzikální vlivy hluk, vibrace, zá ení ... chemické vlivy kancerogenní dráždivé, žíravé, toxické ... látky
biologické vlivy paraziti, mikrobi, viry ...
lov k d di nost alergie, rakovina, vrozené vady, jiné predispozice
životospráva kou ení, alkohol, drogy, strava spole enské vlivy sociální zabezpe ení, pracovní kolektiv, kulturní tradice, rodina
38
Faktory prost edí • • • •
FYZIKÁLNÍ CHEMICKÉ BIOLOGICKÉ SOCIÁLN -KULTURNÍ
Faktory ovliv ující lidské zdraví nep sobí izolovan . Život lov ka (i ostatních organism ) ovliv uje kombinace faktor (s ítání, násobení, rušení, potenciace) 39
Fyzikální faktory prost edí • Zá ení (ionizující, UV, sv telné infra ervené - tepelné, mikrovlnné, elmag. nízkých frekvencí) • Hluk (zvuky a vibrace) • Tlak (atmosférický tlak) • Vlhkost • Geomagnetické pole • P írodní katastrofy (požáry, záplavy, sucha, bou e ...)
40
Zdraví a životní prost edí kolektivní dávka zá ení: • • • • •
kosmické zá ení: vn jší zá ení z budov a ze zem : radionuklidy vnit ního prost edí: Rn + dce inné prod. (Po218, Pb214, Bi214): um lé radionuklidy + radiodiagnostika:
13% 16% 16% 33% 22%
41
Zdraví a životní prost edí Zvuk = mechanické vln ní pružného prost edí (p enos vzduchem, vodou, pevnými látkami) Hluk = jakýkoli zvuk (v rozsahu lidského sluchu), který m že nep ízniv ovlivnit stavbu, funkci, vývoj orgán (sluchu) nebo duševní pohodu. Hluk primárn postihuje receptory vnit ního ucha (vláskové bu ky). Mimosluchové ú inky hluku jsou druhotné Vibrace = vln ní pod hranicí lidského sluchu. Ovliv uje funkci a integritu orgán , i tkání.
42
Hladiny hluku • • • • • • •
Práh slyšitelnosti Ložnice Kancelá / e Doprava Sbíje ka/rock koncert Letadlo Tryskový motor
0 dB 20 dB 60 dB 70-80 dB 100 dB 120 dB 140 dB (cca práh bolesti)
Chemické vlivy prost edí Prvky a slou eniny, které interferují s chemickou strukturou bun k, tkání a/nebo metabolismem. Chemické látky: • toxické (jedovaté) • dráždivé • žíravé • omamné • se specifickými ú inky (mutagenní, karcinogenní, teratogenní alergenní)
44
Chemické vlivy prost edí • • • •
P irozený výskyt (toxických prvk - F, As, slou enin) P írodní kontaminace potravin (alkaloidy, endotoxiny ryb) Bakteriální toxiny - kontaminanty potravin (botulotoxin) Mykotoxiny - kontaminanty potravin (aflatoxiny)
• Pr myslové zdroje toxických látek (“t žké“ kovy, další anorganické a organické látky …) • Zdroje toxických látek ze zem d lství (pesticidy, hnojiva, antibiotika) • M stské prost edí jako zdroj toxických látek (topení, p íprava potravin, doprava, odpady, odpadní vody …) • Havarijní zdroje toxických látek (pr mysl, zem d lství) 45
P íklady – toxické kovy Pb - benzín, tisk, pájky, akumulátory (kumulace v organizmu, nerv. tká , degenerace nerv , mozku, ledvin. tubul , blokáda syntézy hemu - hemoglobin .k.) Hg - spalování uhlí, kovohut , mo ení osiva (stomatitis, pr jmy, zán t ledvin, neuronální poruchy Minamata disease, metylrtu - kumulace v rybách) Cd - metalurgie, výroba barev. plast , kou ení, spalování uhlí, hnojiva (kancerogenní, kumulace v ledvinách, dekalcifikace kostí, poškození jater, substituce stopového zinku)
46
Kontaminace Hg - Minamata Místo: Minamata záliv/m sto (Yatsushiro Sea – již. Japonsko) P vodce: Fy Shin Nihon Chisso Co. Výroba: Polyvinyl chlorid (rtu jako katalyzátor) Odpad: Ukládán voln do mo e (rtu bakteriáln metylovaná na metylrtu ) Kontaminace: Potravní et zec – voda - plankton – ryby – lov k Následky: Úmrtí, hluchota, “tunelové” vid ní, poruchy e i, vrozené vývojové vady 47
ITAI-ITAI (v povodí eky Jin-Zu, obl. Toyama, Japonsko) T žba a zpracování Zn, Pb s Cd odpady a zv trávání hlušiny do eky zavlažování rýžových polí vodou z eky + vysoušení polí pro využití techniky mobilita kadmia (z CdS - na hydroxidy Fe a Mn a jíly) vstup do potravního et zce (s rýží) konkurence s Fe, Zn, Cu, Ca
vliv na metabolismus cukr (tlumí sekreci inzulínu – vyluování glukózy mo í
poškození ledvin – omezení vst ebávání vápníku a fosfát nedostatek minerál
BOLEST m knutí kostí
48
P íklady - PCB (PCDD, PCDF) vlastnosti a využití neho lavost, nápln do kondenzátor a transformátor , hydraulika, výroba barev, impregna ní látky zdroje stará elektrická za ízení, úniky z výroby a užití, spalovací procesy PCDD a PCDF setrvání v prost edí jednotky až desítky let, v organismu akumulace v tukových tkáních toxicita neurotoxicita, reproduk ní a hormonální toxicita, imunotoxicita, karcinogenní, teratogenní, mutagenní ú inky 49
Cl
PeCB 3,3‘, 4,4‘,5 bifenyl
TCDD 2,3,7,8 PeCDF 2,3,4,7,8 Struktura PCB, PCDD a PCDF
50
Biologické vlivy prost edí Neinfek ní i infek ní agens vyvolávající nemoci a/nebo zp sobující smrt na základ interference s biologickými funkcemi bun k, tkání, orgán lidského t la. • viry • bakterie • paraziti • podvýživa • "nadvýživa" • civiliza ní stres (též sociální faktor)
51
Sociální a kulturní vlivy prost edí • • • • • • • • • • • •
alkohol drogy kou ení kriminalita životní styl a životospráva popula ní hustota výchova - vzd lání sociokulturní tradice ekonomická situace dostupnost zdravotní pé e ... (prolínání s biol., chem. a fyz. vlivy) 52
Synergické ú inky interakce p sobení faktoru a 1. celkový stav organismu - (výživa, v k, pohlaví, d di nost) 2. doba p sobení - (pre-, postnatáln , ráno, ve er) 3. Zát ž - (klid, námaha) 4. vstupní cesta - (nitrožilní, inhlace, požití, dermální) potenciace, sumace, multiplikace, negace 53
Zdroje a p vod škodlivin Voda, potrava, vzduch, p da jsou zdrojem celé ady látek P vod: • p irozený • zem d lství • pr mysl • doprava • farmaka a drogy • kosmetika • od vy • pracovní prost edí • tisíce látek + zá ení a vln ní r zných typ a obor spektra 54
Zdroje a p vod škodlivin
Škodliviny do ur ité míry organismus toleruje. Od ur ité hladiny (množství, koncentrace) ne. Základním cílem toxikologie je nalézt hranici, od které je daná látka (vliv), nebezpe ná. 55
Expozi ní cesta škodliviny procházejí na cest k organismu r zným prost edím
OLOVO BENZÍN
DEPOZICE P DA
VZDUCH
VODA PLODINY
LOV K
DOMÁCÍ ZVÍ ATA 56
Expozi ní brána • Ingesce (požití - ústy) • Inhalace (vdechování - ústy) • Dermáln (kontakt s k ží) • Sliznice • Intravenózn (nitrožiln ) Pro r zné látky m že mít každá brána jiný význam a jinou ú innost !!!
57
Osud škodlivin v t le
• • • •
Absorpce (p íjem - bariéry !) Distribuce (rozvod - rozd lení v t le - bariéry!) Metabolismus (látková vým na, procesy) Exkrece (vylu ování - r zné možnosti)
58
Ú inky škodlivin • akutní (rychlé - jednorázové - p sobení vyšších dávek, koncentrací zá ení, toxických látek, infek ních agens - patogen ) * chronické (dlouhodobé - celoživotní -p sobení nižších dávek, koncentrací, infekcí) * subchronické (st edn - dlouhodobé p sobení nízkých dávek, koncentrací ...)
59
Pozdní (specifické) ú inky Krátkodobé i dlouhodobé expozice projevující se po dlouhé dob , asto v p íštích generacích 1) Mutagenní 2) Karcinogenní 3) Teratogenní 4) Alergenní 1) mutagenní (mutace v pohlavní bu ce) -mutace = zm na zm na ur ení sekvencí nukleotid v kodonech aminokyseliny zm na funk nosti bílkoviny 2) karcin(kancer)ogenní (mutace v somatické bu ce)
60
Pozdní (specifické ú inky) Kancerogeny: látky které vyvolávají genetické zm ny vedoucí k nekontrolovatelnému bujení tkán Kancerogen x DNA narušení bun ných regula ních proces (mechanismy d lení a diferenciace) ztráta diferenciace bun k nekontrolovatelné množení narušení funkce / celistvosti tkán
61
Pozdní (specifické) ú inky Manifestace kancerogen • Nádory benigní („dobré“): neší í se, nepronikají do jiných tkání, „uzav ené“ • Nádory maligní („špatné“): ší í se metastázou do jiných tkání stejného i jiného typu
62
Pozdní (specifické) ú inky 3) teratogenní (zm na ve vývojovém procesu vedoucí k malformaci tvaru, zm n funkce) (70% p í in neznámé, 20% genetické, 10% silné exogenní faktory 4% chorobné stavy matky, 3% infekce, 2% mechanické faktory, 1% faktory prost edí v etn lék ) 4) alergenní (postižení imunitního aparátu organismu) chemické látky, ionizující i neionizující (UV) zá ení, viry, nejr zn jší antigeny atd.
63
P IROZENÁ (ENVIRONMENTÁLNÍ) RIZIKA D ÍVE: nedostatek potravy nevhodné klimatické podmínky choroby a poran ní dravci (konkurence, predace) p írodní katastrofy NYNÍ: POTLA ENÍ P IROZENÝCH RIZIK POD HLADINU SPOLE ENSKÉHO V DOMÍ 64
Katastrofy
1. p írodní (p irozené) d je 2. antropogenní (zp sobené lov kem) 3. „ekologické“ katastrofy - kombinace 1 a 2
65
Zdraví a životní prost edí 1) p írodní • tektonické pohyby, sope ná innost • klimatické vlivy (sucha, povodn , bou e …) • kosmické "ohrožení" (impakty, zá ení …) 2) antropogenní • jaderné zbran • havárie jaderných technologií • ropné havárie • vále né konflikty 3) „ekologická“ katastrofa - kombinace 1 a 2 • rozkolísání klimatu • rozsáhlé postižení zdraví obyvatel (pandemie) • narušení životodárných systém planety
66
P IROZENÁ (ENVIRONMENTÁLNÍ) RIZIKA
Zdrojem (i cílem) rizikových faktor v moderním sv t je CLOV K SÁM nikoli p irozené (p vodní) prost edí 67
P íklady - katastrofy úmrtí
p í ina
místo
datum
3000
terorismus
USA
11.9. 2001
4000
panika
ína
8.6. 1941
2850
smog
Londýn
XII.1952
2352
pr mysl
Bhopál
2.-3.12. 1984
913
sebevražda Johnstown
18.11. 1978
900
krokodýli
Burma
19.-20.2. 1945
436
tygr
Indie
1907
329
terorismus
Irsko
23.6. 1985
250
výbuch JE
ernobyl
26.4. 1986
246
krupobití
Utarpradéš
20.4. 1888
100
fotbal
Zaire
8.12. 1996
68
