Научно -исследовательская работа

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ШКОЛА № 23 им. Эрдниева П. М.»

Научно-исследовательская работа

НА ТЕМУ “СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ ПО СРАВНЕНИЮ С ЯДЕРНОЙ ЭНЕГЕТИКОЙ”

Работа ученика 4 класса

Басангова Мергена

Руководитель Бемм Ирина Николаевна

Элиста

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение……………………………………………………………………… 3

1.1. Понятие ядерной энергии……………………………….………..4

1.2. Понятие ископаемого топлива …………………………………..6

1.3. Сравнение ядерной энергии и ископаемого топлива …………12

1.4 Почему ядерная энергетика лучшая из всех……………………13

Глава 2. Эксперимент

2.1 Шаги эксперимента........................................................................14

2.2 Выводы............................................................................................15

Глава 3. Социальный опрос

3.1 Опрос населения.............................................................................16

Введение

Тема проекта: "Способы переработки природных ресурсов по сравнению с ядерной энергетикой" является актуальной в настоящее время, поскольку люди все более осознают необходимость бережного отношения к природным ресурсам и ищут альтернативные источники энергии. В частности, производство энергии с использованием атомной энергии вызывает опасения из-за потенциальной возможности ядерных аварий, а также проблемы с утилизацией радиоактивных отходов.

Новые технологии переработки природных ресурсов могут существенно сократить зависимость от обычных источников энергии, таких как нефть и газ, и помочь в борьбе с изменением климата. Кроме того, эти технологии обладают значительным потенциалом для утилизации отходов, используя их как ресурс для производства энергии.

Таким образом, разработка более безопасных и эффективных способов переработки природных ресурсов является крайне важной задачей для нашего общества. Проведение сравнительного анализа с ядерной энергетикой позволит определить наиболее приемлемые варианты источников энергии, которые были бы безопасны в использовании и могли бы обеспечить странам устойчивое развитие.

ГЛАВА 1

Ядерная энергия и ископаемое топливо: что лучше?

1.1 Понятие ядерной энергии

Ядерная энергетика, как известно, не требует сжигания углеводородов, а значит она в меньшей степени выбрасывает углекислый газ в атмосферу. Соответственно, она меньше влияет и на процессы, которые вызывают глобальное потепление климата. Именно этот аргумент приводят страны, которые хотят присвоить “зеленый знак” ядерной энергетике. К примеру, атомные электростанции в Европе предотвращают ежегодно выбросы примерно 700 миллионов тон углекислого газа.

Ядерная энергетика не требует сжигания углеводородов, в чем заключается важный ее плюс

Но это далеко не все ее преимущества. Один из главных плюсов — высокая энрегоэффективность. Для сравнения, из одного килограмм урана, обогащенного до 4%, вырабатывается столько же энергии, сколько при сжигании 100 тонн качественного каменного угля или 60 тонн нефти.

Кроме того, уран-235, который используется в ядерной энергетике, выгорает не полностью. Это говорит о том, что отходы можно использовать повторно. Возможно даже в будущем удастся обеспечить замкнутый топливный цикл, то есть практически безотходное производство. Таким образом, ядерная энергетика на сегодняшний день — это относительно чистый и мощный источник энергии.

Главная опасность ядерной энергетики всем известна — вероятность техногенных катастроф, и, как следствие, серьезное радиоактивное загрязнение. Ярким тому примером служит Чернобыль, который и по сей день несет угрозу миру. Причиной катастрофы может быть человеческая ошибка, стихийное бедствие или, к примеру, теракт.

«Мирный атом» в какой-то момент может выйти из-под контроля, как это случилось в Чернобыле

Кроме того, серьезным недостатком технологии являются радиоактивные отходы. Их переработка и захоронение — это сложные и дорогостоящие процедуры. Сами атомные электростанции со временем тоже требуют вывода из эксплуатации. В случае нарушения технологии, этот процесс также связан с риском радиоактивного загрязнения окружающей среды.

Другой минус — выбросы тепла в атмосферу и в водоемы, из которых берется вода в качестве охлаждающей жидкости. Она меняет свои свойства, что негативно сказывается на обитателях водоемов. Помимо этого, добыча урана также связана с причинением ущерба флоре и фауне.

Иллюзия о безопасности ядерной энергетики была разрушена после нескольких больших аварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых стала катастрофа на Чернобыльской АЭС. В эпицентре аварии уровень загрязнения был настолько высок, что население ряда районов пришлось эвакуировать, а почвы, поверхностные воды, растительный покров оказались радиоактивно заражёнными на многие десятилетия. Всё это обострило внимание того, что мирный атом требует особого подхода.

Однако опасность ядерной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Даже когда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает изрядное количество радиоактивных изотопов (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 131). Нужно отметить, что состав радиоактивных отходов и их активность зависят от типа и конструкции реактора, от вида ядерного горючего и теплоносителя.

Естественным и немаловажным представляется вопрос о ресурсах самого ядерного топлива. Достаточны ли его запасы, чтобы обеспечить широкое развитие ядерной энергетики? По оценочным данным, на всем земном шаре в месторождениях, пригодных для разработки, имеется несколько миллионов тонн урана. Это не мало, но нужно учесть, что в получивших ныне широкое распространение АЭС с реакторами на тепловых нейтронах практически лишь очень небольшая часть урана (около 1%) может быть использована для выработки энергии. Поэтому оказывается, что при ориентации только на реакторы на тепловых нейтронах ядерная энергетика по соотношению ресурсов не так уж много может добавить к обычной энергетике - всего лишь около 10%. Глобального решения надвигающейся проблемы энергетического голода не получается. Совсем иная картина, иные перспективы появляются в случае применения АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, в которых используются практически весь добываемый уран. Это означает, что потенциальные ресурсы ядерной энергетики с реакторами на быстрых нейтронах примерно в 10 раз выше по сравнению с традиционной (на органическом топливе). Больше того, при полном использовании урана становится рентабельной его добыча и из очень бедных по концентрации месторождений, которых довольно много на земном шаре. А это в конечном счете означает практически неограниченное (по современным масштабам) расширение потенциальных сырьевых ресурсов ядерной энергетики.

1.2 Понятие ископаемого топлива

Все, что современный человек добывает в недрах земли, относится к невозобновляемым природным ресурсам. Для их появления потребовались миллионы лет и особые геологические условия. Большое количество ископаемого топлива образовалось в мезозое. Нефть – согласно биогенной теории ее происхождения, образование длилось на протяжении сотен миллионов лет из органических веществ осадочных пород. Уголь – образовывается при условии, что разлагающийся растительный материал пополняется быстрее, чем происходит его разложение. Подходящим местом для такого процесса являются болота. Стоячая вода предохраняет пласт растительной массы от полного разрушения бактериями посредством малого содержания в ней кислорода. Уголь делится на гумусовый (происходит из остатков древесины, листьев, стеблей) и сапропелитовый (образован в основном из водорослей).

Горючие сланцы – органическая составляющая образована при помощи биохимических преобразований простейших водорослей. Делится на два вида: талломоальгинит (содержит водоросли с сохранной клеточной структурой) и коллоальгинит (водоросли с потерей клеточной структуры). Природный газ – согласно все той же теории биогенного происхождения ископаемых, природный газ образуется при больших показаниях давления и температуры, нежели нефть, что доказывается более глубоким залеганием месторождений. Образовываются же они из одинакового природного материала (останки живых организмов). Газовые гидраты – это такие образования, для появления которых необходимы специальные термобарические условия. Поэтому образовываются они в основном на морских донных осадках и мерзлых породах. Также могут образовываться на стенках труб при добыче газа, в связи с чем ископаемое подогревают до температуры выше гидратообразования. Торф – образовывается в условиях болот из не полностью разложившихся остатков растений.

ДОБЫЧА

Каменный уголь и природный газ различаются не только способами подъема на поверхность. Глубже остальных расположены месторождения газа - от одного до нескольких километров вглубь. Находится вещество в порах коллекторов (пласт, содержащий природный газ). Силой, заставляющей подниматься вещество вверх, является разность давления в подземных пластах и системе сбора. Добыча происходит при помощи скважин, которые стараются распределить равномерно на протяжении всего месторождения. Добыча топлива, таким образом, позволяет избежать перетоков газа между участками.

Технологии добычи нефти и газа имеют некоторые сходства. Виды нефтедобычи различают по способам поднятия вещества на поверхность: фонтан (технология, схожая с газовой, основана на разности давления под землей и в системе доставки жидкости); газлифт; при помощи электроцентробежного насоса; с установкой электровинтового насоса; штанговые насосы (иногда соединенные с наземным станком-качалкой). Способ добычи зависит от глубины залегания вещества. Вариантов поднятия нефти на поверхность огромное множество. Способ разработки угольного месторождения также зависит от особенностей залегания угля в грунте. Открытым способом ведут разработку при нахождении ископаемого на уровне ста метров от поверхности. Часто производится смешанный тип добычи: вначале открытым способом, затем - подземным (при помощи забоев). Угольные залежи богаты иными ресурсами потребительской значимости: это ценные металлы, метан, редкие металлы, подземные воды.

Сланцевые месторождения разрабатываются или шахтным способом (считается низкоэффективным) или добычей в пласте, при нагревании породы под землей. В связи со сложностью технологии добыча ведется в очень ограниченных количествах. Добыча торфа ведется при помощи осушения болот. Вследствие появления кислорода активизируются аэробные микроорганизмы, разлагающие его органическое вещество, что приводит к выделению углекислого газа с огромной скоростью. Торф – самый дешевый вид топлива, его добыча ведется постоянно с соблюдением определенных правил.

ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Согласно исследованию Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), выбросы от ископаемого топлива являются основной причиной глобального потепления. В 2018 году сообщалось, что 89% глобальных выбросов CO2 приходится на ископаемое топливо и промышленность.

Среди этих видов топлива уголь является самым грязным из всех, на его долю приходится более 0.3°C повышения средней глобальной температуры на 1°C. Это, без сомнения, делает самое большое глобальное повышение температуры.

Нефть выделяет большое количество углерода при сгорании, что примерно составляет треть от общего объема выбросов углерода в мире. Также сообщалось о ряде разливов нефти, которые оказали катастрофическое воздействие на экосистему нашего океана.

С другой стороны, природный газ часто оценивается как более чистый источник энергии, чем уголь и нефть, однако природный газ по-прежнему остается ископаемым топливом и составляет пятую часть от общего объема выбросов углерода в мире.

2. Загрязнение воздуха

Когда люди покупают товары и услуги, в производстве и доставке которых используется энергия, это косвенно приводит к загрязнение воздуха. Большинство людей загрязняют воздух в результате сжигания ископаемого топлива, такого как уголь, природный газ, бензин и дизельное топливо, для производства электроэнергии и энергии для наших автомобилей и генераторов.

Ископаемые виды топлива выделяют огромное количество углекислого газа при сгорании. В результате образуются многие вредные загрязнители, такие как оксид азота (NOx), окись углерода (CO), летучие органические соединения (ЛОС), твердые частицы, ртуть, свинец и диоксид серы (SO2).Электростанции, работающие на угле, в одиночку производят примерно 42 процента опасных выбросов ртути и подавляющее большинство твердых частиц в нашем воздухе.

В настоящее время справедливо и утвердительно отметить, что грузовики, автомобили и лодки, работающие на ископаемом топливе, являются основными поставщиками токсичного угарного газа и оксида азота, которые вызывают смог и нарушения обмена веществ в жаркие дни.

Топливо, такое как нефть, уголь, дизельное топливо и т. д., выбрасывает несгоревшие частицы в окружающую среду, что приводит к загрязнению воздуха и вызывает респираторные заболевания, такие как поражение легких, коклюш, смог и т. д.

При сжигании ископаемого топлива выделяются вредные соединения, такие как двуокись серы и двуокись азота. Эти вещества поднимаются ужасно высоко в самые глубокие слои атмосферы, где бы они ни соединялись и не реагировали с водой, кислородом и другими химическими веществами, образуя множество кислотные загрязнители называется загрязнением воздуха. Окись азота и двуокись серы очень легко растворяются в воде и переносятся ветром на слишком большие расстояния.

В результате оба соединения могут перемещаться на большие расстояния, где они становятся частью дождя, тумана, снега и мокрого снега, с которыми мы обычно сталкиваемся в определенные сезоны.

Деятельность человека на протяжении многих лет до сих пор остаются основной причиной кислотных дождей. Люди постоянно выбрасывают в воздух так много различных химических веществ, что меняется состав газов в атмосфере.

Огромные электростанции выделяют большую часть оксидов азота и оксидов серы, когда они сжигают ископаемое топливо, такое как уголь, для выработки электроэнергии.

Кроме того, газы, топливо и дизельное топливо из грузовиков, автомобилей и автобусов выделяют в воздух диоксид серы и оксиды азота. Эти загрязняющие вещества, следовательно, вызывают кислотные дожди ветром.

1.3 Сравнение ядерной энергии и ископаемого топлива

Преимущества АЭС перед ТЭС

Преимущества и недостатки АЭС зависят от того, с каким видом получения электроэнергии мы сравниваем ядерную энергетику. Поскольку основные конкуренты атомных станций – ТЭС и ГЭС, сравним достоинства и недостатки АЭС по отношению к этим видам получения энергии.

ТЭС, то есть теплоэлектростанции бывают двух видов:

1. Конденсационные или коротко КЭС служат только для производства электроэнергии. Кстати, другое их название пришло из советского прошлого, КЭС также называют ГРЭСами – сокращенно от «государственная районная электростанция».

2. Теплоэлектроцентрали или ТЭЦ позволяют только производить не только электрическую, но и тепловую энергию. Взяв, к примеру, жилой дом, понятно, что КЭС только даст в квартиры электричество, а ТЭЦ еще и отопление вдобавок.

Как правило, ТЭС работают на дешевом органическом топливе – угле или угольной пыли и мазуте. Самые востребованные энергетические ресурсы сегодня – это уголь, нефть и газ. По оценкам экспертов мировых запасов угля хватит еще на 270 лет, нефти – на 50 лет, газа – на 70. Даже школьник понимает, что 50летних запасов очень мало и их надо беречь, а не ежедневно сжигать в печах.

АЭС решают проблему нехватки органического топлива. Преимущество АЭС – это отказ от органического топлива, тем самым, сохранение исчезающих газа, угля и нефти. Вместо них на АЭС используется уран. Мировые запасы урана оцениваются в 6 306 300 тонн. Насколько лет его хватит, никто не считает, т.к. запасов много, потребление урана достаточно небольшое, и об его исчезновении думать пока не приходится. В крайнем случае, если запасы урана вдруг унесут инопланетяне или они испарятся сами собой, в качестве ядерного топлива может применяться плутоний и торий. Преобразовать их в ядерное топливо пока дорого и сложно, но можно.

Что выделяется в атмосферу при работе КЭС и ТЭЦ и насколько это опасно:

1.Диоксид серы или сернистый ангидрид – опасный газ, губительный для растений. При попадании в организм человека в больших количествах вызывает кашель и удушье. Соединяясь с водой, диоксид серы превращается в сернистую кислоту. Именно благодаря выбросам диоксида серы возникает риск кислотных дождей, опасных для природы и человека.

2. Оксиды азота – опасны для дыхательной системы человека и животных, раздражают дыхательные пути.

3. Бенапирен – опасен тем, что имеет свойство скапливаться в организме человека. В результате длительного воздействия может вызывать злокачественные опухоли.

Суммарные годовые выбросы ТЭС на 1000 МВт установленной мощности – это 13 тысяч тонн в год на газовых и 165 тысяч тонн на пылеугольных тепловых станциях. ТЭС мощностью в 1000 МВт в год потребляет 8 миллионов тонн кислорода для окисления топлива, преимущества АЭС в том, что в ядерной энергетике кислород не потребляется в принципе.

Вышеперечисленные выбросы для АЭС также не характерны. Преимущество АЭС — выбросы вредных веществ в атмосферу на атомных станциях ничтожно малы и по сравнению с выбросами ТЭС, безвредны.

Преимущества АЭС перед ТЭС – это низкие затраты на перевозку топлива. Уголь и газ чрезвычайно дорого доставлять на производства, в то время как необходимый для ядерных реакций уран можно поместить в одну небольшую грузовую машину.

Недостатки АЭС перед ТЭС

1.Недостатки АЭС перед ТЭС это в первую очередь наличие радиоактивных отходов. Радиоактивные отходы на атомных станциях стараются по максимуму переработать, но утилизировать совсем их не получается. Конечные отходы на современных АЭС перерабатывают в стекло и хранят в специальных хранилищах. Удастся ли их когда-нибудь использовать – пока неизвестно.

2. Недостатки АЭС – это и небольшой КПД относительно ТЭС. Так как процессы в ТЭС протекают при более высоких температурах, они являются более производительными. В АЭС этого добиться пока сложно, т.к. циркониевые сплавы, которые косвенно участвуют в ядерных реакциях, не могут выдерживать запредельно высоких температур.

3. Особняком стоит общая проблема тепло и атомных электростанций. Недостаток АЭС и ТЭС – это тепловое загрязнение атмосферы. Что это значит? При получении ядерной энергии выделяется большое количество тепловой энергии, которая выбрасывается в окружающую среду. Тепловое загрязнение атмосферы – проблема сегодняшнего дня, оно влечет за собой множество проблем вроде создания тепловых островов, изменения микроклимата и, в конечном счете, глобального потепления.

Современные АЭС уже решают проблему теплового загрязнения и используют для охлаждения воды собственные искусственные бассейны или градирни (специальные охладительные башни для охлаждения больших объемов горячей воды).

1.4 Почему ядерная энергия лучшая из всех?

Уже не одну сотню лет мы тратим природные ресурсы для получения энергии. Сначала мы разжигали деревья для костра, теперь тратим нефть, газ и уголь для получения электричества.

Но зачем нам тратить природные ресурсы, которые рано или поздно исчерпают себя, если можно использовать ядерную энергию? Она лучше других видов: эффективная и экологически чистая. Но какие у неё есть недостатки? И можно ли полностью перейти на ядерную энергетику?

Первый ядерный реактор запустили ещё в 1942 году. С тех пор стало ясно, что ядерная энергия несет огромную выгоду. Атомная электростанция не требует огромных топливных затрат, что является ее главным преимуществом. Плюс ко всему, они не выбрасывают тонны углекислого газа в атмосферу, как электростанции на нефти или газе.

Но многих простых людей пугает такая перспектива. Еще свежо в памяти воспоминание о Чернобыле. Ситуация здесь ровно такая же, как с боязнью самолетов, которые считаются самым безопасным транспортом среди всех. Но каждое падение становится громкой трагедией.

В последние годы наметилась заметная тенденция развития ядерной энергетики. Это можно заметить по ведущим странам мира. Например, Япония, отошедшая после трагедии на Фукусиме, пересмотрела свое законодательство касательно подобных объектов на своей территории. Также в Азии наращивает свои ядерные обороты Южная Корея.

Великобритания и США не планируют отказываться от атомной энергии в ближайшие годы. А Россия и вовсе строит десятки АЭС по всему миру!

Кажется, переход на ядерную энергию — это не только прогрессивное решение, но и способ сохранить окружающую среду. Ведь работа ядерных станций в разы сокращает выбросы в атмосферу углекислого газа, снижая парниковый эффект. К тому же, один килограмм урана дает энергию, получаемую из 60 тонн нефти или 100 тонн угля.

Сегодня популярность набирают ториевые реакторы. Атомная энергетика на основе тория более безопасна, к тому же запасов тория в земной коре куда больше, чем урана.

Есть одна проблема: использованные уран и торий распадаются до других радиоактивных элементов, которые нужно хранить в полигонах. Но если сделать так, чтобы система работы на ядерной энергии стала цикличной и замкнутой, это приведет к практически минимальной выработке отходов от производства.

Глава 2

Эксперимент

2.1 Шаги эксперимента

Необходимые материалы:

- два солнечных фонаря

- рулон алюминиевой фольги

- ядерный батарейный блок

Шаги эксперимента:

1. Разместим один солнечный фонарь на открытом пространстве под прямыми лучами солнца, а второй - в теневом месте, например, в помещении или под деревом.

2. Обернем ядерный батарейный блок в алюминиевую фольгу.

3. Разместим ядерный батарейный блок непосредственно у солнечного фонаря, находящегося в тени.

4. Сравниваем производительность двух солнечных фонарей и их способность собирать и использовать энергию, а также сравниваем их с ядерным батарейным блоком.

5. Рассмотрим преимущества и недостатки каждого источника энергии, включая последствия их использования для окружающей среды.

Эксперимент позволит увидеть разные способы производства энергии и их преимущества и недостатки, а также проследить результаты использования различных источников энергии в разных условиях.

2.2 Выводы эксперимента

1. Данный эксперимент показал, что производительность двух солнечных фонарей и их способность собирать и использовать энергию в два раза ниже производительности ядерного батарейного блока

2. Солнечные фонари считаются чистым, доступным источником энергии, который использует энергию Солнца, чтобы производить свет.

3. Однако необходимость прямых лучей солнца для получения энергии ограничивает использование солнечных фонарей в некоторых климатических условиях или внутри помещений.

4. Ядерная энергетика может использоваться как альтернативный источник энергии в тех местах, где другие виды энергии не могут быть использованы или имеют недостатки.

5. Однако использование ядерной энергии может представлять риски для окружающей среды и генерировать радиоактивные отходы, которые необходимо утилизировать с особой осторожностью.

6. Правильный выбор источника энергии зависит от многих факторов, таких как доступность, цена, эффективность, экологическая безопасность и т. д.

7. Различные способы переработки природных ресурсов могут предоставлять альтернативные источники энергии, создавая новые возможности для снижения зависимости от ископаемых топлив и уменьшения негативного влияния на окружающую среду.

Глава 3

Социальный опрос.

Нами был проведен опрос среди знакомых, родственников. Всего охвачено было 50 человек. Вопросы касались отношения людей к атомной энергетике.

Вопросы были следующие:

1) Какие способы добычи энергии вы знаете?

2) Что вы знаете о ядерной энергетике?

3) Как ядерная энергетика используется в промышленности?

4) Как вы считаете, нужно ли развивать ядерную энергетику?

74% принявших участие в опросе людей, поддерживает развитие атомной отрасли, а также отмечает её высокую значимость для социально-экономического развития региона.

А при ответе на вопрос «За какими источниками энергии, по Вашему мнению, будущее?», двумя самыми популярными вариантами среди респондентов стали «атомная энергетика» и «альтернативная энергетика», значительно обогнавшие по ответам другие виды энергии (гидро-, газовую и угольную энергетику).