Transcript + Czy może być produkcja bezodpadowa?

Wzorce do
naśladowania
Czy może być produkcja bezodpadowa?
+
nowe wiązanie
Schemat blokowy reakcji „czystej syntezy”
Przykład dotyczący przemian chemicznych. Taką reakcją
może być np. wytwarzanie polietylenu:
n CH2=CH2 + -CH2-CH2- = -(CH2-CH2)n-CH2-CH2-
Powinniśmy dążyć do realizacji właśnie takich procesów
technologii chemicznej. Czy jednak rzeczywiście nie powstają tutaj
żadne odpady, żadne straty ?
Byłoby tak, gdyby zachodziły tylko reakcje pożądane i przebiegały
z wydajnością 100%. Włącznie ze 100% wydajnością atomową.
Większość reakcji przebiega jednak z wydajnością mniejszą,
powstają więc odpady.
Pozostał jeszcze problem energii i energii odpadowej.
Układ
Aby prowadzić rozważania nad energią i entropią posłużmy się
pojęciem układu zdefiniowanego jako:
- ciało lub zespół ciał poddanych danej obserwacji i związanym
z nią rozważaniem,
- albo część świata fizycznego określonego przez nasz wybór granic.
•1.
Otoczeniem układu niech będzie wszystko inne we wszechświecie
tak daleko, jak jesteśmy tym zainteresowani.
[
1
]
Układ jest otwarty - gdy może wymieniać materię i energię
z otoczeniem,
zamknięty (półotwarty) - gdy wymienia z otoczeniem tylko energię,
izolowany (zamknięty) - gdy nie wymienia z otoczeniem ani masy,
ani energii.
1.
Najprościej mówiąc, entropia układu jest funkcją
prawdopodobieństwa wystąpienia odpowiedniego stanu układu.
Entropia jest miarą nieuporządkowania układu.
S = Q/T = k lnW
Dla układu izolowanego możliwe są tylko takie przemiany,
w których wzrasta entropia, bo ciepło może przepływać tylko od
ciała o wyższej temperaturze T1 do ciała o niższej temperaturze T2.
Q Q
ΔS = — - — > 0
T2 T1
Wzrost entropii to wzrost nieuporządkowania układu.
Wzrost entropii to wzrost nieuporządkowania układu.
Nie można zwiększyć uporządkowania układu izolowanego,
bez wymany energii
1.
Każda nasza pożądana produkcja jest zwiększeniem
uporządkowania układu. Niezbędne jest więc dostarczanie
energii. Im bardziej wyrafinowana produkcja, tym większe
uporządkowanie i bardziej potrzebna energia.
2.
Wynika z tego kluczowe znaczenie energii, jej produkcji
i możliwości dysponowania nią. Kluczowe znaczenie ma
wymiana energii między naszym układem i jego otoczeniem
(np. dostarczanie jej do naszej produkcji) i jej przemiana np. na
pracę.
3.
Taka wymiana energii i jej przemiany zawsze przebiegają
niestety ze stratami. Powstaje odpad w postaci rozproszonej
energii.
Czy mamy jakieś wzorce
sposobów produkowania?
Organizmy żywe
1. Spójrzmy na organizmy żywe. Wzrost entropii to wzrost
nieuporządkowania - to dla organizmu żywego znaczy śmierć.
Byłoby to dążenie do stanu trwałej równowagi z otoczeniem.
2. Organizmy żywe są układami otwartymi, które zawdzięczają swą
egzystencję wymianie masy i energii ze środowiskiem. Utrzymanie
stanu dalekiego od równowagi wymaga stałego przepływu energii
i materii.
3. Stan odległy od równowagi, stabilny w czasie nazywa się stanem
stacjonarnym. Układ (czyli w tym wypadku obserwowany
organizm żywy) pobiera energię i materię z otoczenia, ze
środowiska, dla podtrzymania swego uporządkowania i eksportuje
nieporządek czyli odpady i ciepło. Aby być wydajnym
energetycznie, dąży do stanu, w którym produkcja odpadów
(entropii) jest minimalna.
1. Przyjrzyjmy się dokładniej naturze, która nas otacza i której jesteśmy
częścią, zauważmy dążenie do możliwie dużej wydajności
energetycznej. Aby być wydajnym energetycznie, układ dąży do takiego
stanu, w którym eksport entropii (w tym produkcja odpadów) jest
minimalna. Organizmy wyższe mają wyższą wydajność energetyczną.
Nasza produkcja
1. Wzrost entropii to wzrost nieuporządkowania. Jest to dążenie do
stanu trwałej równowagi z otoczeniem. Nasza produkcja, ambitna, o
wysokim stopniu przetworzenia to wzrost uporządkowania. Wymaga
wymiany masy i energii.
2. Nasza produkcja musi być układem otwartym, który zawdzięcza swie
działanie wymianie masy i energii z otoczeniem. Utrzymanie stanu
dalekiego od równowagi wymaga stałego przepływu energii i
materii.
3. Stan odległy od równowagi, stabilny w czasie nazywa się stanem
stacjonarnym. Powinniśmy dążyć do tworzenia układu w stanie
trwałego zrównoważonego rozwoju. Układ (czyli w tym wypadku
nasza produkcja) pobiera energię i materię z otoczenia, dla
podtrzymania swego uporządkowania i eksportuje nieporządek czyli
odpady i ciepło. Aby uzyskać wydajność energetyczną, dążymy do
stanu, w którym produkcja odpadów (entropii) jest minimalna.
Weźmy pod uwagę większe układy naturalne.
Ekosystem
Ekosystem jest zespołem współzależnych
od siebie organizmów roślinnych i zwierzęcych
oraz przestrzeni fizycznej, w której one żyją. Są
więc jednostkami ekologicznymi wyższego
rzędu, składającymi się z określonej biocenozy i
zajmowanego przez nią biotopu.
1.. Ekosystemy są układami o wyraźnej tendencji do organizowania
się. Populacje wchodzą we wzajemne związki tworząc sieć
wzajemnych relacji. Im większa różnorodność gatunków, tym
mocniejsza sieć powiązań.
2. Powiązania polegają między innymi na tym, że odpady
produkowane przez jedne organizmy są wykorzystywane,
przerabiane przez inne. Gdyby tak nie było ilość odpadów stale by
wzrastała, aż do wyginięcia organizmów.
3. Występuje też tendencja do maksymalnego wykorzystania
energii, to znaczy wykorzystania wszystkich różnorodnych źródeł
energii oraz uzyskania wysokiej sprawności energetycznej.
4. W ekosystemach występuje więc taka organizacja, by
minimalizować
produkcję
odpadów
i
maksymalnie
wykorzystywać dostępne źródła energii.
Technosystem
Porównajmy ekosystemy i technosystemy,
czyli układy gospodarcze utworzone przez
człowieka.
Technosystem jest układem różnych
produkcji, których celem jest ogólnie biorąc
wzrost uporządkowania układu, więc musi
występować przepływ energii i materii oraz
produkcja odpadów, której nie udaje się
uniknąć.
Technosystemy
1.
Poszczególne instytucje technosystemu wchodzą we wzajemne
związki tworząc sieć wzajemnych relacji. Im większa
różnorodność produkcji, tym trwalszy system.
2. Powiązania polegają między innymi na tym, że odpady
produkowane
przez
jedne
zakłady
powinny
być
wykorzystywane, przerabiane przez inne. Wtedy ilość odpadów
nie będzie nadmiernie wzrastała.
3.
Powinna wystąpić też tendencja do maksymalnego
wykorzystania energii, to znaczy wykorzystania wszystkich
różnorodnych źródeł energii oraz uzyskania wysokiej
sprawności energetycznej.
4. W technosystemach powinna więc być taka organizacja, by
minimalizować
produkcję
odpadów
i
maksymalnie
wykorzystywać dostępne źródła energii.
•
Wytwarzanie
pożytecznych
produktów
to
wzrost
upożądkowania, możliwy przy wymianie energii i masy.
•
Wytwarzanie pożytecznych produktów zwykle nie zachodzi
w reakcjach samorzutnych, co również wskazuje na konieczność
dostarczania energii.
•
Stan produkcji i cały system gospodarczy (technosystemy) to
stan odległy od trwałej równowagi. Powinien być stabilny
w czasie, stacjonarny. Technosystem powinien się znajdować
w stanie trwałego, zrównoważonego rozwoju.
•
Im większy system, tym trudniejszy się staje problem informacji,
informacji pomiądzy współpracującymi zakładami i informacji
o zapotrzebowaniu.
•
Ludzie, jako
świadomość.
istoty
wolne
muszą
kształtować
swoją
Hierarchia działań dla minimalizacji odpadów
Kształtowanie świadomości ekologicznej,
Badanie rynku
1. Wprowadzanie nowych technologii,
2. Zapobieganie ilościowe (mniejsze zużycie, rezygnacja z
niektórych surowców),
jakościowe (lepsza jakość surowców),
3. Kierowanie produktu do ponownego przerobu (regeneracja
części),
4. Odzyskiwanie surowców do ponownego wykorzystania,
5. Konwersja termiczna (piroliza, zgazowanie), odzyskanie
surowca do syntez,
6. Spalanie (w tym recykling energetyczny),
7. Składowanie.