Білявський Г.О. та ін. Основи екології

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 4 Техноекологія

Таблиця 4.1

Характеристика органічного палива

Вид палива

Теплотворна

здатність, кДж/кг

Кількість повітря, що

витрачається на згоряння

1 кг палива, м

Торф

591

4,01

Буре вугілля 5122 5,50

Антрацит

426 7,98

Кокс

503 6,55

Мазут

10 405 10,64

Бензин

10 300 11,77

Примітка. Практично кількість повітря, що необхідна для згоряння

1 кг палива, виявляється більшою за вказану, тому наведені значення треба

помножити на коефіцієнт «запасу» (для твердого палива — 1,5—3, для рідко-

го — 1,15—1,2; для газоподібного — 1,08—1,2).

Радіоактивне забруднення. У викопному вугіллі й пустих поро-

дах містяться домішки природних радіоактивних елементів

(урану, торію та ін.). Після спалювання вугілля ці елементи кон-

центруються в частинках золи, яка виявляється більш радіоактив-

ною, ніж вихідне вугілля й пусті породи (сланці тощо). Таким чи-

ном відбувається радіоактивне забруднення атмосфери й земної

поверхні. Щоправда, воно не настільки небезпечне, як радіоак-

тивне забруднення від АЕС (див. нижче), оскільки у вугіллі й

вугільних породах містяться радіоактивні ізотопи, що існують у

біосфері впродовж мільярдів років, і до них живий світ пристосу-

вався. Більшість рослин і тварин не нагромаджують ці ізотопи у

своєму організмі, на відміну від штучних радіонуклідів, які вики-

даються АЕС. Розроблені методи очищення відходних газів

ТЕС від частинок золи дають змогу зменшити це забруднення в

100—200 разів і звести його в такий спосіб майже до фонового

рівня.

Забруднення земної поверхні відвалами шлаків і кар'єрами.

Після спалювання в топках ТЕС вугілля залишається багато твер-

дих відходів (шлаку, золи). Вони забирають великі площі землі,

забруднюють підземні й поверхневі води шкідливими речовина-

ми. Ще більші ділянки землі порушуються величезними вугільни-

ми кар'єрами. Так, шлакові відвали й терикони пустих порід

лише в Донбасі займають площу понад 50 тис га, і вона дедалі

збільшується.

І№

193

Розділ I

Сучасні підходи в науці про довкілля

Зменшення шкоди від такого забруднення досягається

утилізацією (корисним використанням) шлаків і пустих порід, з

яких виготовляють будівельні матеріали, засипають ними яри,

болота й кар'єри під час рекультивації. Ефективними є й еко-

номічні санкції, зокрема введення високої платні за порушення

земель, особливо родючих. Завдяки цим обмеженням у більшості

західних країн відмовилися від кар'єрного способу видобування

корисних копалин у сільськогосподарських районах, оскільки

платня за землю виявляється вищою, ніж та вигода, яку може да-

ти відкритий спосіб розробки родовища порівняно з шахтним.

В Україні питання про відведення сільськогосподарських земель

під будівництво великого кар'єру або ТЕС вирішує найвищий

законодавчий орган країни — Верховна Рада.

^ Вплив на довкілля АЕС. За даними Міжнародного агентст-

ва з атомної енергії (МАГАТЕ), у 26 країнах світу експлуатується

416 ядерних енергоблоків, які виробляють близько 16 % усієї

електроенергії. Деякі країни основну ставку зробили саме на АЕС.

Наприклад, у Франції АЕС виробляють більш як 70 % електро-

енергії. Але інші країни (Швеція, Данія, Австрія, Філіппіни)

заявили про свій намір цілком відмовитися від АЕС і демонтува-

ти ядерні блоки, які працюють там. Палкі суперечки особливо

посилилися після катастрофи на Чорнобильській АЕС у 1986 р.

Одні вчені, енергетики й політичні діячі обстоюють думку, що без

атомної енергетики людство не зможе обійтися, і слід лише зро-

бити все можливе, щоб звести ризик аварії на АЕС до мінімуму.

Як доказ на користь атомної енергетики наводяться дані про те,

що АЕС використовують мало «палива» порівняно з ТЕС (добо-

ва витрата мазуту на тепловій електростанції потужністю

2000 МВт становить 8,3 тис. т, вугілля — 10 тис. т, а урану на

атомній — 180 кг). Вітчизняні енергетики-атомники протягом

тривалого часу доводили також, що електроенергія, яку виробля-

ють АЕС, дешевша від тієї, яку виробляють ТЕС, і що АЕС,

мовляв, менше забруднюють навколишнє середовище, ніж ТЕС.

Противники АЕС (їх значно побільшало після аварії на Чор-

нобильській АЕС і розсекречення матеріалів, пов'язаних із діяль-

ністю Мінатоменерго колишнього СРСР) наполягають на якнай-

швидшій забороні цього способу добування енергії як шкідливо-

го й небезпечного для біосфери.

Сьогодні доведено: твердження про «дешевизну» атомної

енергії (вважалося, що в колишньому СРСР вона коштувала в три

194

Глава 4

Техноекологія

рази менше, ніж у розвинених країнах Заходу) — це навмисна

фальсифікація. Річ у тім, що проектувальники вітчизняних АЕС

не вносили у вартість «атомного» кіловата такі затрати, як пере-

робка й поховання радіоактивних відходів, а за оцінками

спеціалістів, вони становлять понад 75 % вартості всього палив-

ного циклу АЕС. Не враховувалася також вартість демонтажу

АЕС, а втім АЕС через 25—30 років роботи має бути зупинена,

розібрана або похована, оскільки радіоактивність її агрегатів та

обладнання перевищить норми. А вартість демонтажу, за оцінка-

ми західних фахівців, дорівнює вартості її будівництва. Не були

враховані й інші затрати, пов'язані з експлуатацією АЕС, зокре-

ма зумовлені вимогами стосовно безпеки її роботи (на АЕС, що

функціонують у розвинених країнах, ці вимоги були набагато

жорсткіші, ніж на радянських). Доведено, що вартість «атомного»

кіловата насправді втроє вища, ніж «газового», й удвоє, ніж

«вугільного». Як пишуть німецькі експерти в цій галузі, «атомна

енергія дешева лише там, де безпека стоїть на другому плані, й

доти, доки людство мириться з тим, що його сьогоднішнє марно-

тратство щодо електроенергії загрожує майбутнім поколінням

пекельним радіоактивним жахом».

Найголовніше ж полягає в тому, що атомна енергетика

настільки згубно впливає на біосферу, а потенційна небезпека

аварії на АЕС така велика (адже це — техніка, й не можна дати

стопроцентної гарантії її безвідмовності), що обстоювати цей

спосіб добування енергії недопустимо й аморально.

Паливний енергетичний цикл АЕС передбачає видобування

уранової руди й вилучення з неї урану, переробку цієї сировини

на ядерне паливо (збагачення урану), використання палива в

ядерних реакторах, хімічну регенерацію відпрацьованого палива,

обробку й поховання радіоактивних відходів. Усі ці операції

(рис. 4.1) супроводжуються небезпечним радіоактивним забруд-

ненням природного середовища.

Жоден із запропонованих методів зберігання радіоактивних

відходів нині не є задовільним. Проблему необхідно вирішити до

того, як різко збільшиться кількість атомних електростанцій,

що закриваються.

Висновки експертів «Ренд корпорейшн»,

одного з провідних «мозкових» трестів США

Забруднення починається на стадії видобування сировини,

тобто на уранових рудниках. Після вилучення урану з руди зали-

195

Г лава 4 Техноекологія

шаються величезні відвали слабко радіоактивних пустих порід —

до 90 % добутої з надр породи. Ці відвали забруднюють атмосфе-

ру радіоактивним газом радоном, небезпечним для біоти (напри-

клад, медики довели, що внаслідок вдихання повітря з підвище-

ним умістом радону в ссавців розвивається рак легень).

Кількість радіоактивних відходів зростає на стадії збагачення

уранової руди, з якої виготовляють твели — спеціальні елементи,

що виділяють тепло, котрі надходять потім на АЕС. У реактор ти-

пу РБМК (сумнозвісний після аварії на Чорнобильській АЕС) за-

вантажується близько 180 т таких твелів, які в результаті роботи

реактора перетворюються на високорадіоактивні відходи. АЕС —

це, по суті, підприємство, яке поряд з електроенергією виробляє

величезну кількість украй небезпечних речовин.

Лише

СІЛА

нагромадилося близько 12 тис. т таких відпрацьованих твелів, а на

початку XXI cm. до них додасться ще 40 тис. т цього пекельного

матеріалу.

Відпрацьовані твели кілька років зберігаються на території

АЕС у спеціальних басейнах із водою, поки трохи знизиться їхня

радіоактивність, після чого в особливих контейнерах спеціальни-

ми поїздами їх перевозять на фабрику для регенерації ядерного

палива. Тут твели обробляють, вилучаючи з них уран, який іще

не «вигорів», і виготовляють із нього нові твели.

Прихильники атомної енергетики довго переконували у

великій перевазі АЕС: мовляв, відпрацьоване паливо можна бага-

торазово переробляти й знову використовувати в реакторі, доки

не «вигорить» весь уран. Насправді вже після другого такого цик-

лу регенерації залишки палива у твелах насичуються великою

кількістю сторонніх ізотопів і продуктів розщеплення, а це вне-

можливлює використання їх у реакторі втретє. «Вигоряє» лише

2 % урану, який був у твелі першого циклу. А сам твел стає над-

звичайно небезпечним радіоактивним матеріалом, який потрібно

десь зберігати сотні й тисячі років.

Радіація має дуже негативну особливість: усе, що контактує з

радіоактивною речовиною (і машини, і контейнери, і обладнан-

ня, і приміщення, і навіть одяг персоналу), саме стає радіоактив-

ним, а отже, небезпечним. Радіацію неможливо зупинити, «вимк-

нути» чи знищити. Всі ці відпрацьовані радіоактивні матеріали

необхідно десь надійно зберігати, поки не розпадуться радіоак-

тивні ізотопи. Але серед них багато таких, період напіврозпаду

яких обчислюється тисячами років! У процесі зберігання контей-

197

Розвідка родовищ

урану

Р А Д І О А 1С Т И Ш Н І Ж АЗ РУШ НШННЩ

ШАХТА

§2

СЛАБКЕ

ЗАБРУДНЕННЯ

235

Концентрування

МЛІ

Перетворення

на

иР

Перетворення

на

иР

ІІІІІІВ

Отримання

239р

Перероблення

виснаженого

палива

Високоактивні

о. ЗАБРУДНЕННЯ

РАДІОАКТИВНЕ

И ТЕПЛОВЕ

СИЛЬНЕ ЗАБРУДНЕННЯ

Радіоактивні відходи

ВІДКРИТА ОБМЕЖЕНА СИСТЕМА

(СИЛЬНЕ ЗАБРУДНЕННЯ)

ЗБАГАЧУВАЛЬНА

ФАБРИКА

ЗАБРУДНЕННЯ

Збагачений

238ц

о. І Виробництво І

елементів

СИЛЬНЕ ЗАБРУДНЕННЯ

КУДИ?!

Рис. 4.1

Основні стадії процесів ядерної енергетики й забруднення довкілля радіоактивними речовинами

Розділ І

Сучасні підходи в науці про довкілля

нерам з відходами не можна контактувати з підземними водами,

сховища необхідно вентилювати (сотні років!), бо за рахунок

виділення з відходів тепла контейнери нагріваються до темпера-

тури 200 °С і можуть розтріскатися. Крім того, ці сховища треба

надійно охороняти (сотні років!), щоб до них не проникли

сторонні люди або зловмисники.

Сьогодні на всіх АЕС України нагромаджено до 70 тис. м

радіоактивних відходів, 65,5 млн т — у видобувній та переробній

урановій промисловості, 5 тис. м

— в Українському державному

об'єднанні «Радон» та 1,1 млрд м

відходів міститься в зоні відчу-

ження ЧАЕС. Близько 85—90 % радіоактивних відходів належать

до категорії низько- та середньоактивних.

Сказане цілком стосується й самих АЕС. Через 25—30 років

експлуатації все їхнє обладнання, апаратура, місткості, примі-

щення, транспортні засоби й т. д. стають настільки радіоактивни-

ми, що їх необхідно демонтувати й поховати на сотні років. А для

поховання лише одного реактора потрібно близько 40 га землі.

Немає жодного іншого енергоносія, використання якого залишало б

хоч приблизно стільки відходів, скільки дає ядерна енергетика,

і немає таких відходів, які за ступенем небезпечності хоча б

приблизно нагадували продукти розщеплення.

Е. Гауль,

німецький учений-атомник

Аналіз, здійснений провідними фахівцями світу в галузі енер-

гетики, показав, що найближчими десятиліттями атомна енерге-

тика все ще відіграватиме значну роль у житті людства, а для

деяких країн (Франція, Японія, Китай та ін.) буде основним дже-

релом енергозабезпечення. Низка важливих факторів, насамперед

економічних, не дозволяє в найближчій перспективі відмовитися

від атомної енергетики й в Україні. Тож постає необхідність

підвищувати екологічну безпеку галузі.

Досвід переконливо свідчить, що однією з основних проблем,

пов'язаних із використанням атомної енергії, є поховання ядер-

них відходів. Ця проблема з часом стає гострішою й із регіональ-

ної переростає в глобальну. В країнах, де функціонує багато атом-

них електростанцій (США, Франція, Велика Британія, Китай,

Росія, Японія), нині нагромаджено величезну кількість як твердих,

так і рідких ядерних відходів, що становлять чимдалі серйознішу

небезпеку для довкілля. Атомні енергетичні компанії змушені

витрачати дедалі більші кошти на розширення площ ядерних схо-

198

Глава 4

Техноекологія

вищ і поховань, на забезпечення їх безпеки, на переробку відхо-

дів ядерного палива (ВЯП), яка, на думку вчених, пов'язана з

великим ризиком для навколишнього природного середовища.

У розвинених країнах (США, Японія) опрацьовуються різні

проекти поховання та знешкодження ВЯП, навіть такий, як

будівництво могильника на Місяці. Найреальнішими з них вва-

жаються спорудження великого підземного сховища в надрах

гори Юкка на півдні США (в пустелі Невада, в 140 км від Лас-

Вегаса), а також поховання ВЯП у спеціальних сховищах у

Сибіру (Новосибірська область), на що Росія погоджується,

незважаючи на гучні протести громадськості.

Вартість першого із зазначених проектів — 58 млрд доларів.

Наукові дослідження, на які було витрачено майже 7 млрд

доларів, тривали 20 років і завершилися вибором саме г. Юкка,

де можна буде поховати близько 80 тис. т ядерних відходів,

запобігти їх негативному впливові на довкілля, здійснювати бага-

торічний екологічний моніторинг і розмістити відповідні служби

науково-технічного забезпечення й контролю. Сьогодні ВЯП

зберігаються в більш як 130 різних сховищах по всій території

США. Американські фахівці гарантують надійність сховища ВЯП

у пустелі Невада на 10 тис. років. Єдина небезпека — це приваб-

ливість об'єкта для терористів.

В Україні за роки незалежності не вдалося створити замкне-

ного циклу виробництва палива для АЕС і поховання ядерних

відходів.

Проблема поховання ВЯП для нашої держави не менш гостра,

ніж для США. Була спроба організувати сховища ВЯП у соляних

шахтах м. Артемівська (Донбас), є проекти поховання в надрах

Українського кристалічного щита — в спеціально створених

сховищах у гранітних товщах. В Інституті геологічних наук НАНУ

ведуться пошукові роботи (вони триватимуть до 2005 р.) найбез-

печнішого, з усіх поглядів, місця поховання ВЯП. А поки що ВЯП

наших АЕС відправляються на тимчасове зберігання в Росію,

звідки ці відходи Україна повинна забрати назад у 2010 р.

АЕС виробляють сотні видів радіоактивних речовин, яких раніше

не було в біосфері, й до яких живі істоти не пристосовані. Так,

після аварії на Чорнобильській АЕС в атмосферу було викинуто

близько 450 видів радіонуклідів. Серед них багато довгоіснуючих,

таких як цезій-137 (період напіврозпаду 80 тис. років) і стронцій-90

(період напіврозпаду 20 тис. років). Вони за своїми хімічними влас-

199

Розділ І Сучасні підходи в науці про довкілля

тивостями подібні до калію й кальцію, які відіграють велику роль

у біохімічних процесах. Живі організми не можуть відрізнити ці

ізотопи від калію та кальцію й нагромаджують їх, що є причиною

найнебезпечнішого внутрішнього опромінення, яке викликає

тяжкі захворювання й шкідливі мутації.

# Штучний елемент плутоній (період напіврозпаду перевищує 20 тис.

років!), який нагромаджується в атомних реакторах, — це найтоксичніша

речовина з усіх, що будь-коли створені людиною: 450 г плутонію (за об'ємом

це кулька розміром з апельсин) достатньо, щоб убити 10 млрд людей; 1 мкг

цієї речовини викликає рак легень у людини. А нині на Землі в ядерних

боєголовках, відпрацьованих твелах та інших відходах АЕС накопичено

тисячі тонн цієї суперотрути.

Нагромадження в природі невластивих для неї радіоактивних

речовин украй шкідливо діє на біосферу. В зонах, забруднених

унаслідок аварії на ЧАЕС, уже сьогодні спостерігаються масові

аномалії: у рослин -— гігантизм листя дерев, такі зміни деяких

рослин, що важко визначити їх вид; у тварин — народження не-

життєздатних мутантів (поросят без очей, лошат із вісьмома

кінцівками тощо); у людей і тварин — пригнічення функцій імун-

ної системи, в результаті чого ускладнився перебіг таких захворю-

вань, як грип, запалення легень, збільшилася смертність від «зви-

чайних» захворювань.

«Мирний атом» загострив питання про відповідальність уче-

них, змусив замислитися про такі поняття, як совість, людяність,

порядність, про те, чи маємо ми право заради сьогоднішніх ілю-

зорних вигід ризикувати здоров'ям і життям майбутніх поколінь.

Всемогутність і безсилля людини продемонстрував Чорнобиль.

І застеріг: не захоплюйся своєю могутністю, людино, не жартуй

із нею. Бо ти й причина, ти й наслідок.

Г. О, Медведєв,

російський публіцист

До сказаного слід додати, що АЕС спричинюють також вели-

ке теплове забруднення, особливо гідросфери. Лише мала части-

на теплоти, що виділяється під час роботи реакторів, може бути

утилізована й перетворена на електроенергію. Левова ж її пайка у

вигляді гарячої (45 °С) води й пари викидається у водойми та в

повітря. Вище вже наводився приклад Хмельницької АЕС, яка

використовує для охолодження своїх реакторів усю воду річки

Горинь.

200

Глава 4

Техноекологія

S Термоядерна енергетика. У зв'язку з величезною потен-

ційною небезпекою АЕС для біосфери вчені та енергетики

сьогодні покладають надії на інший спосіб добування енергії, а

саме з допомогою термоядерних електростанцій (ТЯЕС). 1 хоча в

світі поки що не діє жодна ТЯЕС, є переконання (особливо на

Заході), що цей спосіб добування енергії стане основним у

XXI ст. й витіснить АЕС і ТЕС.

На ТЯЕС енергія добуватиметься не за рахунок розщеплення

важких ядер урану, а внаслідок злиття легких ядер ізотопів вод-

ню (дейтерію й тритію) та утворення з них ядер гелію. Такі

реакції живлять енергією Сонце й незліченну кількість інших

зірок у Всесвіті.

Нині над розробкою промислових термоядерних реакторів

працюють учені багатьох країн: Європейського Союзу, США,

Росії, Японії, Канади. Як вважає більшість учених, зайнятих цією

проблемою, перший прототип комерційного термоядерного реак-

тора планується створити в першій чверті XXI ст.

Цей спосіб добування електроенергії матиме безумовні

переваги над тими, що використовуються сьогодні на ТЕС і

АЕС:

• ТЯЕС характеризуватимуться високим ступенем безпеки робо-

ти, бо конструкція термоядерного реактора така, що за будь-

якого її пошкодження чи порушення режиму автоматично

припиняється термоядерна реакція й вимикається реактор;

• у термоядерному реакторі водночас міститиметься лише кілька

грамів «палива» — дейтерію й тритію, що є відносно низько-

радіоактивними (порівняйте з 180 т урану, який завантажується

в реактор АЕС!);

• запаси одного з компонентів палива для ТЯЕС — дейтерію —

на Землі величезні: їх достатньо, аби забезпечити електро-

енергією людство на кілька мільйонів років (наприклад,

дейтерію, що міститься у 500 л води з будь-якої водойми,

достатньо для задоволення всіх енергетичних потреб однієї

людини протягом усього її життя);

• внаслідок термоядерної реакції не утворюються радіонукліди —

продуктом реакції є нерадіоактивний газ гелій;

• ТЯЕС не забруднюватимуть атмосферу речовинами, здатними

спричинити кислотні дощі, парниковий ефект або руйнування

озонового шару.

201

Розділ І

Сучасні підходи в науці про довкілля

Проте в ТЯЕС будуть і недоліки:

• теплота, яка у великій кількості виділяється внаслідок термо-

ядерної реакції, за законами термодинаміки, не може бути

цілком перетворена на електроенергію й спричинює підігріван-

ня атмосфери й гідросфери Землі; тому на розвиток термо-

ядерної енергетики накладається те саме обмеження, що й на

використання інших невідновлюваних джерел енергії, — це

тепловий рубіж;

• робота термоядерного реактора супроводжується дуже потуж-

ним нейтронним потоком, а отже, відбувається радіоактивне

забруднення конструкцій, тому по певному часі необхідно його

розбирати й ховати (як і реактори АЕС);

• до компонентів «палива» для ТЯЕС, крім дейтерію, належить

літій, запаси якого на Землі дуже невеликі, а родовища неба-

гаті й трапляються дуже рідко, або тритій, що виробляється

штучно, з великими затратами енергії.

II Вплив на довкілля ГЕС. У наш час ГЕС виробляють близь-

ко 20 % електроенергії у світі. Деякі країни з гірським рельєфом

і швидкими річками (Норвегія, Таджикистан, Киргизстан) свої

потреби в електроенергії задовольняють переважно за рахунок

ГЕС.

Гідроенергетичний потенціал України становить 44,7 млрд

кВт • год, проте лише 21,5 млрд кВт • год припадає на ресурси, які

технічно можливо використати (46 % їх сконцентровано в басейні

Дніпра, по 20 % — у басейнах Дністра й Тиси, 14 % — інших

річок). Щодо економічно доцільних для використання гідроенер-

горесурсів, то вони загалом не перевищують 16—17 млрд кВт • год

(61 % зосереджено в басейні Дніпра, 22 % — Тиси, 17 % —

Дністра). Отже, за запасами гідроенергоресурсів Україна посідає

досить скромне місце серед інших держав світу, Європи та СНД.

Установлена потужність ГЕС України становить 4,7 млн кВт,

98 % якої припадає на гідроелектростанції Дніпровського каска-

ду та Дністровської ГЕС.

Порівняно з ТЕС і АЕС гідроелектростанції мають низку

переваг:

• вони зовсім не забруднюють атмосферу;

• поліпшують умови роботи річкового транспорту;

• працюючи в парі з ТЕС, беруть на себе навантаження під час

максимального (пікового) споживання електроенергії;

202