Инновации в экологии доклад
Обновлено: 17.05.2024
Исследованы основные аспекты инновационной деятельности, направленной на решение экологических проблем. Рассмотрены современные инновационные проекты, направленные на экологизацию человеческой деятельности в целом, и на экологизацию производства в частности.
Ключевые слова: инновации, решение экологических проблем, изменение климата, зеленое топливо, экологизация производства.
Высокоотходная энергетическая политика, чрезмерное использование ресурсов, нехватка воды, глобальное изменение климата и обезлесение — это лишь некоторые вопросы, которые, по мнению экспертов, необходимо решать людям для достижения устойчивой жизни на Земле. По данным Организации Объединенных Наций, к 2025 году еще 2,9 миллиарда человек ощутят на себе нехватку водных ресурсов, а мировые потребности в энергии возрастут до 60 процентов к 2030 году.
Также, учитывая современное состояние развития рыночных отношений при существующих условиях природопользования, вопрос экологизации инновационной деятельности предприятий различных отраслей является одним из важнейших на сегодняшний день. Традиционно к крупнейшим загрязнителям окружающей среды относят производства, построенные на основе устаревших технологических схем, эксплуатационных условий и принципов. Во многих случаях инновации направлены на решение проблем экономической конкурентоспособности и экологической безопасности производственного комплекса и его продукции. Инновационные решения, ориентированные на достижение конечной цели, нередко называют экологическими инновациями, а имеющиеся тенденции к увеличению их количества и качества трактуют как проявление единого процесса экологизации инновационной деятельности.
Любые отходы на основе углерода, например, использованные шины, путём добавления достаточного количества тепла и давления могут превращаться в масло посредством термодеполимеризации. Этот процесс очень похож на образование нефти в природе, но эта технология ускоряет образование масла на миллионы лет. Сторонники этой технологии утверждают, что из тонны отходов можно произвести 600 фунтов нефти (0,272 тонны).
По данным Организации Объединенных Наций, нехватка воды затронет миллиарды людей к середине этого столетия. Опреснение, в основном удаление соли и минералов из морской воды, является одним из способов обеспечить питьевую воду в некоторых частях мира, где поставки очень ограничены. Проблема с использованием этой технологии заключается в том, что она очень дорогостоящая и энергозатратная. Ученые ищут инновационные пути снижения её энергозатратности.
Использование водородного топливного элемента рекламировалось как экологически чистая альтернатива использованию ископаемого топлива. Проблема с топливными элементами заключается в получении водорода. Молекулы воды и спирта должны быть обработаны для извлечения водорода для подачи в топливный элемент. Некоторые процессы требуют использования других источников энергии. Автомобили на водородном топливе уже производятся. Среди компаний, которые производят такие автомобили, — Toyota, Honda и Hyundai. Разработкой автомобилей на водородном топливе занимаются также Daimler, Audi, BMW, Ford, Nissan и др. В 2016 году Германия представила первый водородный поезд, который начал курсировать в конце 2017 года. Предполагается, что 4 тыс. дизельных региональных поездов в этой стране вскоре будут заменены на водородные [5].
Во всём мире уже активно используется энергия Солнца, но учёные продолжают работу над улучшением этого процесса. В Университете штата Пенсильвания учёные разработали концентрирующую фотоэлектрическую систему со встроенным микротрекингом, которая вырабатывает на 54 % больше энергии в день, чем кремниевый фотоэлемент [2].
Для получения энергии также используется тепловая энергия океана, применяя разность температур между нагретой поверхностью воды и холодным дном океана. Основным недостатком этой технологии является то, что она по-прежнему недостаточно эффективна для использования в качестве основного механизма генерирования электроэнергии. Но учёные также продолжают свою работу в этом направлении. В марте 2018 года в Токио был представлен проект экологически чистого города на дне океана, который планируется построить к 2039 году. Поддержание жизни первых 5 тыс. жителей этого города будет происходить исключительно за счёт ресурсов, которые находятся под водой. Конструкция города в виде спирали обеспечит приток возобновляемой энергии благодаря конверсии океанической тепловой конверсии. Эта технология в паре со специальными генераторами обеспечит жителей электроэнергией [5].
Также в мире ведётся работа по разработке технологий получения электрической энергии из волн океана. Но эта отрасль пока остаётся самой слаборазвитой из всех отраслей чистой энергетики, что объясняется непостоянностью океанских волн и низкой частотой колебаний. Но в США (Технологический институт штата Джорджии) уже разработано устройство, которое позволяет преобразовать энергию волн в электричество [6].
Японцы провели испытание устройства, генерирующего энергию из океанических течений, на различных глубинах Тихого Океана. Промышленное производство таких систем планируется к 2020 году.
С целью сократить использование токсичных пестицидов учёные рекомендуют применять комплекс очистки загрязнений с помощью микробов и растений (биоремедиация). С помощью специальных микробов, например, можно уменьшить количество нитратов в воде, которые являются питательным веществом для водорослей, и сократить процесс эвтрофикации водоёма. Некоторые растения, например, Arabidopsis, способны поглощать мышьяк из заражённой почвы. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) использовало это растение для очистки нескольких участков. Учёные также пытаются генетически модифицировать растения, которые поглощали бы загрязняющие вещества.
Управление исследований и развития EPA (ORD) представило проекты с использованием инновационных подходов к решению приоритетных задач в области экологии. Эти проекты направлены на решение широкого спектра вопросов, связанных с загрязнением окружающей среды азотом, а также с обнаружением летучих органических соединений в воздухе. В этом проекте внедряется новая комбинация передовых технологий обнаружения выбросов, и которые будут способны идентифицировать конкретные органические соединения, такие как ксилол. Эти данные позволят лучше изучить источники загрязнения воздуха, что потенциально приведет к разработке эффективных стратегий смягчения последствий и экономии средств для объектов, которые являются источником выбросов [4].
Ещё один интересный проект, который находится в разработке, касается обнаружения чувствительных морских видов с применением ДНК окружающей среды [2]. Пресноводные мидии улучшают качество воды путём фильтрации и секвестрации загрязняющих веществ и взвешенных частиц, циклирования питательных веществ и удаления вредных токсинов и патогенов. Оценка популяций пресноводных мидий дает важную информацию о качестве воды. В настоящее время для оценки численности мидий требуется много времени, усилий и денег, но инновационное решение направлено на осуществление контроля над мидиями путем сбора проб воды и / или осадков и анализа их ДНК. Этот новый метод обнаружения популяций мидий поможет обеспечить систему раннего предупреждения об изменениях качества воды.
Особенности и перспективы экологических инноваций (ЭИ) существенно зависят от условий их применения. Привычным является подход, когда очередные ЭИ находят свое место в производстве, быту или иных сферах в ответ на обострение определенных экологических проблем или осложнение экономических обстоятельств. Поэтому в условиях каждой территориальной, социальной или производственной подсистемы следует провести анализ возможностей и перспектив введения ЭИ, оценить их экономическую, производственную или экологическую целесообразность.
Основные термины (генерируются автоматически): окружающая среда, EPA, решение, BMW, ORD, водородное топливо, инновационная деятельность, нехватка воды, электрическая энергия, электронная бумага.
Человек – главная причина глобального потепления. Но он же может стать и спасением для экосистемы Земли. Сегодня речь пойдет о передовых технологиях, которые помогут (или уже это делают) избежать негативных последствий климатических изменений, вызванных, как считают ученые, деятельностью людей. Встречайте топ-20 проектов, программ и направлений, который позволят сделать наш мир лучше.
Добыча полезных ископаемых на астероидах / ©Naked Science №46
Электромобили
Кто-то по старой, доброй традиции критикует Илона Маска, а кто-то восхищается модными электрическими авто. В то же время статистика совершенно безэмоционально приводит данные, которые еще десять лет назад казались фантастикой: в первом квартале 2013 года в Штатах продали почти пять тысяч Tesla Model S, что сделало модель самым популярным люксовым седаном. Такие гиганты, как BMW седьмой серии, остались позади. Дальше – больше. Только в четвертом квартале 2018 года произвели почти 62 тысячи одних Tesla Model 3, а всего за позапрошлый год их изготовили 245 тысяч, что сделало модель самым продаваемым электромобилем в мире.
Сейчас ученые не могут однозначно оценить пользу и вред от электромобилей. Стоит отметить, что электрические авто потребляют энергию, которую вырабатывают неэкологичные электростанции, работающие на ископаемом топливе. Однако ясно, что нулевые выбросы парниковых газов – намного лучше, чем даже самые высокие показатели у обычных машин, а решение проблем с утилизацией небезопасных для экологии батарей электромобилей окончательно сделает этот вид транспорта экологически чистым.
Водородный транспорт
Сегодня по всему миру активно производят автомобили, автобусы и даже поезда, использующие водород в качестве топлива. Так, еще в 2016 году в Германии показали первый водородный поезд – Coradia iLint – от компании Alstom. Среди брендов, представивших водородные автомобили: BMW, Mazda, Ford, Honda, Hyundai, Toyota и многие другие.
По оценкам ученых, применение водорода в качестве энергоносителя даст возможность резко сократить потребление ископаемого углеводородного топлива. Однако не все так просто. Высокая летучесть водорода и легкость его воспламенения делают это топливо весьма опасным. Сюда следует добавить отсутствие необходимой для хранения инфраструктуры (по крайне мере, сегодня) и опыта повсеместного применения.
Зеленая авиация
То, что самолеты загрязняют окружающую среду, очевидно и не вызывает никаких сомнений. По словам профессора Ульриха Шумана из Института физики атмосферы Немецкого аэрокосмического центра, на долю авиации приходится примерно три процента антропогенного парникового эффекта. Это намного больше, чем может показаться, ведь из такого рода составных частей в итоге и вырисовывается неблагоприятная картина.
Солнечные коллекторы
Солнечные коллекторы можно считать первой серьезной попыткой человечества обуздать энергию светила, извлекая из нее выгоду. По сравнению с солнечными батареями, производящими непосредственно электричество, солнечные коллекторы нагревают материал-теплоноситель, например воду. Один из примеров такого коллектора – испанская солнечная электростанция Planta Solar 10. Ее сердце – гигантская бетонная башня высотой в 115 метров: ее северная часть окружена полем из 624 огромных зеркал. Они отражают свет и фокусируют его на вершине башни, где расположены солнечный приемник и паровая турбина, которая управляет генератором, производящим электроэнергию.
Со стороны технология выглядит идеально, но не стоит забывать о технических сложностях. Во многих случаях работа солнечных коллекторов связана с большими теплопотерями, невысокой работоспособностью в холодное время года, а также сложностью и дороговизной конструкции.
Солнечные батареи
Несмотря на недостатки солнечных батарей, такие как сложность обсаживания и большая площадь, которую они занимают, преимущества очевидны. Это экологически чистая энергия в больших объемах. В 2014 году эксперты Международного энергетического агентства пришли к выводу, что солнечные батареи к середине века смогут генерировать 16 процентов электричества, а еще 11 процентов придется на гелиотермические электростанции: то есть солнечная энергетика станет основным источником электричества к середине века. Результаты будут достигнуты в том числе за счет снижения цены на фотоэлектрические модули.
Термоядерный реактор
Напомним, термоядерной реакцией называют слияние атомных ядер, в результате чего высвобождается энергия, способная разрешить энергетический кризис. Схожий процесс имеет место внутри нашего светила: его считают чистым и относительно безопасным. Управляемый термоядерный синтез отличается от привычной ядерной энергетики тем, что в последней применяют реакцию распада, при которой из тяжелых ядер получаются более легкие.
Ученые Центра энергетических технологий Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и Химического факультета МГУ показали рекордную радиационную стабильность солнечных батарей на основе сопря.
В Италии создан робот, основной смысл жизни которого заключается в том, чтобы убирать мусор и следить за чистотой воздуха. Группа европейских ученых разработала и представила миру устройство Dustbot – колесного робота-мусорщика, который, как предполагается, будет патрулировать городские улицы, собирать мусор и проводить мониторинг загрязнения воздуха. Успешное внедрение Dustbot в мусороуборочную инфраструктуру больших городов, особенно в Европе, в городах которой очень много тесных улочек, позволит городским властям хотя бы частично отказаться от использования стандартных мусоровозов, которые из-за своих габаритов создают затруднения на городских дорогах и загрязняют окружающую среду вредными выхлопами. Wall-E
Ученые из США разрабатывают необычный проект "синтетического дерева", способного поглощать в 1000 раз больше углекислого газа, чем обычные деревья. Дерево обладает пластиковыми "листьями", которые захватывают молекулы СО2 в моменты дуновения ветра. В дальнейшем поглощенный СО2 сжимается, охлаждается и хранится в сжиженном виде. В основе работы "синтетического дерева" находятся методы улавливания газов, аналогичные тем, что сейчас применяются на некоторых химических производствах, а также на станциях по сжиганию угля. Разница между этим проектам состоит в том, что "синтетическое дерево" можно установить где угодно и оно будет работать 24 часа в сутки. Синтетическое дерево против глобального потепления
Наша планета с космической скоростью зарастает пластиковым мусором. Сжигать его нельзя, поскольку при этом образуются токсичные соединения, а просто закапывать в землю – бесполезно: тот же пластиковый пакет может пролежать там нетронутым более века. Ученые давно искали ускоренный и безвредный способ утилизации отслуживших свое изделий из пластика. В результате был изобретен пластик, способный сгнить всего за пару-тройку лет. Для этого в его состав добавили так называемые аддитивы. По заверению ученых, эти вещества, действующие на полимерные материалы, как жучок-древоточец на старую мебель, разлагают их на компоненты, безвредные как для окружающей среды, так и для человека. Метод разложения пластика
Одна из компаний-производителей яиц построила близ столицы КНР электростанцию, работающую на курином помете. ТЭС способна ежегодно вырабатывать 14,6 тысячи МВт электричества - этого хватает, чтобы обеспечить током около 10 тысяч квартир. Для этого ежегодно используется 80 тысяч тонн помета от трех миллионов кур. Подобные станции в будущем планируется открыть и в других крупных городах Китая. Принцип работы "куриных ТЭС" довольно прост: генераторы в качестве топлива используют горючий метан, который в больших количествах выделяется из куриного помета. Кроме того, цикл производства электростанций, работающих на помете, является практически безотходным: отработанное топливо используется в качестве удобрения. Курицы-поставщики в Пекин
Максимальная производительность инсинератора ИН-50.02К — отходов в час. В такой печи обезвреживаются и уничтожаются медицинские, биоорганические, промышленные, в том числе нефтесодержащие отходы, относящиеся к опасным, а также строительные и бытовые отходы. Более крупные, мощные комплексы способны уничтожать до 5000 кг/ч. В инсинераторной установке происходит высокотемпературное сжигание отходов при температуре 900° C и дожигание токсичных газов при 1200° C. Тепло, выделяющееся в процессе сжигания, можно использовать для получения горячей воды и обогрева рабочих помещений. Золу, оставшуюся после уничтоженных отходов (5—10 процентов от исходного объема) либо вывозят на полигон ТБО, либо по возможности используют для строительных нужд. Инсинератор
Черное море, в воде которого на определенной глубине растворено гигантское количество токсичного сероводорода, может стать неисчерпаемым источником экологически чистого водородного топлива, которое сейчас рассматривается как основа энергетики будущего, считают турецкие ученые. В статье Мехмет Хаклидир из исследовательского центра Мармара отмечает, что Черное море - самая большая бескислородная зона в мире. С тех пор, как в 19-м веке была открыта зона сероводорода, было принято считать, что в глубинах Черного моря нет жизни, и только бактерии могут жить в сероводородном слое.Сероводород - один из самых токсичных газов, но он имеет большую экономическую ценность, поскольку из него можно получать водород. Таким образом, Черное море - не только серьезная экологическая проблема, но и потенциальный источник водородной энергии, если будет разработан процесс разложения сероводорода", - пишут авторы исследования. Чёрное море-источник водорода
Согласно полученным результатам, современная "зеленая" электроника наносит окружающей среде меньше ущерба, чем продукция, считавшаяся экологичной год назад, сообщает пресс-служба Greenpeace России. Но всей индустрии электроники предстоит еще проделать большую работу, прежде чем производители с полным на то правом смогут называть свою продукцию "зеленой". Обзор 2008 года показал определенный прогресс, а также большую заинтересованность компаний в признании их продукции "зеленой". Было выявлено меньше продукции, содержащей ПВХ, и в целом при производстве стало использоваться меньше опасных химикатов. Стали чаще использоваться светодиодные экраны, которые позволяют экономить энергию и не использовать ртуть для создания подсветки. Производители также стали активнее применять повторно используемый пластик при создании телевизоров и мониторов. Многие компании разработали программы приема и переработки своей использованной продукции. "Зелёная" электроника
Минералы,способные впитывать углекислый газ Ученые обнаружили в ближневосточном государстве Оман минерал, способный в больших количествах впитывать из воздуха углекислый газ, увеличение концентрации которого в атмосфере ведет к глобальному потеплению, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. "Этот метод может дать дешевый и безопасный способ извлечения и сохранения атмосферного CO2"Ученые отмечают, что естественный процесс поглощения углекислоты в перидотите может быть ускорен в 100 тысяч раз, если вводить в толщу породы горячую воду, в которой растворен углекислый газ. Реакция поглощения углекислоты, начавшись, выделяет тепло, способствуя еще большему ускорению процесса.
Проект Sahara Forest Project был разработан учеными Чарли Пэтоном, Майклом Поулином и Биллом Уотсом. По их мнению, этот проект одновременно сможет решить сразу несколько проблем, таких как нехватка пресной воды в Сахаре, энергоснабжение городов Африки и Европы, а также проблему биотоплива. Суть проекта состоит в том, чтобы свести вместе две инновационные технологии: Сконцентрированную солнечную энергии (Concentrated Solar Power) и Теплицы на морской воде (Seawater Greenhouses). Это позволит получать энергию, пресную воду и еду в пустыне Сахара, самом жарком месте на земле. Теплицы на морской воде позволяют превращать морскую воду в пресную. Система полностью копирует круговорот воды в природе: морская вода нагревается солнцем, затем испаряется, потом пар остывает, превращаясь в облака, а затем возвращается на землю в виде дождя, росы и тумана Sahara Forest Project
Голландские исследователи из университета в г. Твенте разработали материал для дорожного покрытия, способный очищать воздух от автомобильных выхлопов, сообщает The Engineer. В скором времени этим материалом будет покрыта мостовая в одном из городов Голландии для проведения сравнительных испытаний. Новый материал представляет собой бетон с добавками диоксида титана, являющимся фотокатализатором, который способен превращать токсичные оксиды азота из автомобильных выхлопов в безвредные нитраты. Оксиды азота являются основным компонентом городского смога, они в конечном итоге превращаются в азотную кислоту. Дорожные покрытия
Ученые из университета Сага, Япония, разработали новый метод переработки высокотехнологичных отходов при помощи обычной бумаги. Из нее получается специальный гель, способный впитывать металлы. Работа опубликована в журнале Environmental Science and Technology. Ключевым моментом метода является использование так называемого бумажного диметиламинового геля (DMA-paper gel). Для получения этого материала в качестве сырья использовались обычные старые газеты. Сначала они измельчались и размачивались в воде до получения однородной массы. Полученная масса смешивалась с хлорсодержащим соединением. Эта смесь обрабатывалась диметиламином и формальдегидом. Оказалось, что бумажный гель не все металлы впитывает одинаково. Более 90 процентов массы поглощенного материала составили золото и платина. По словам ученых, один килограмм геля может вместить около 900 граммов золота. Высокотехнологичный мусор
Изобретатель из Южной Африки Джай Редди впервые в истории решил проблему создания летательного аппарата, который бы не наносил вреда окружающей среде. Он придумал гирокоптер - нечто вроде вертолета, только использующее солнечную энергию. Житель Кейптауна, Редди подал заявки на получение патента на принципиально новый электрический двигатель. Он надеется, что первый прототип гирокоптера взлетит в небо через восемь месяцев. В отличие от традиционных собратьев, он не будет производить вредных выхлопов в окружающую среду в результате сжигания керосина, передает ИТАР-ТАСС. Гирокоптер
Экологическое воспитание и образование детей – чрезвычайно актуальная проблема настоящего времени: только экологическое мировоззрение и экологическая культура ныне живущих людей могут вывести планету и человечество из того состояния, в котором оно находится сейчас.
Наряду с традиционными формами и методами экологического воспитания (беседы, наблюдения, чтение литературы) применяются и инновационные формы и методы, такие как:
Конкурсы, викторины, брейн-ринги, праздники
Метод экологической идентификации
Игровые технологии
Экологическая игра помогает в более доступной форме донести сложные природные явления; развитию познавательных способностей; уточнению, закреплению, расширению имеющиеся у них представления о предметах и явлениях природы, растениях, животных.
Игры можно проводить с детьми как коллективно, так и индивидуально, усложняя их с учетом возраста детей. Усложнение должно идти за счет расширения представлений и развития мыслительных операций и действий. Дидактические игры проводят в часы досуга, на занятиях и прогулках.
Проектные методы.
Кейс-технологии
Кейс - технология — это разбор ситуации или конкретного случая, деловая игра. Главное ее предназначение – развивать способность анализировать различные проблемы и находить их решение, а также умение работать с информацией.
Компьютерные технологии и мультимедийные презентации
Информационно-компьютерные технологии прочно входят в систему дошкольного образования, широко используются с целью совершенствования и обновления форм и методов работы с детьми.
При знакомстве детей с природой, используют разнообразный материал: дидактические картинки, репродукции художественных картин, фотографии, видеофильмы, звукозаписи; при котором дети становятся активными, а не пассивными объектами педагогического воздействия.
Используют следующие виды иллюстративно-наглядных материалов на электронных носителях:
звуковые материалы- это записи голосов птиц, млекопитающих, шум леса, прибоя, дождя, ветра и т.д.;
экранные материалы – это слайды, т.е. серия отдельных кадров, посвящённой отдельной теме;
мультимедийные презентации – это обучающие заставки с красивыми, яркими картинками, помогающие рассказать детям об окружающем мире. Презентация сочетает в себе динамику, звук, красочное изображение, что значительно улучшает восприятие информации;
медиазанятия, которые провожу в групповой комнате с применением ноутбука или в музыкальном зале, оборудованном компьютером, проектором и экраном.
Экологический театр, использование народной мудрости (сказок, легенд на экологическую тематику)
Одной из форм нетрадиционного экологического образования дошкольников является экологический театр, который способствует развитию чувства коллективизма, ответственности, формирует опыт нравственного поведения, влияет на духовно-нравственное развитие личности. Это одна из инновационных форм экологического образования и воспитания детей. Инновационных, потому что проблемы окружающей среды дети раскрывают посредством костюмированных театральных постановок с включением песен, танцев, частушек агитационного содержания, пропагандирующих природоохранную деятельность.
Занятия экологическим театром предоставляют возможность не только изучать и познавать окружающий мир, но и жить в гармонии с ним.
Конкурсы, викторины, брейн-ринги, развлечения, праздники, экологического характера
Природоохранные акции
В нашем дошкольном учреждении природоохранные акции проходят в течение всего учебного года. В ходе акций дошкольники получают природоведческие знания, формируют навыки экологической культуры, активную жизненную позицию. Акции служат хорошей экологической пропагандой среди родительской общественности. Дети видят отношение родителей, организацию мероприятия и сами в ней участвуют.
Все эти методы и приемы помогают развивать познавательные, коммуникативные, художественно-эстетические умения дошкольников, способствует формированию экологических представлений, развивать умение рассуждать, анализировать, делать выводы.
Бионика – (от греч. biōn – элемент жизни, буквально – живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов.
Основу бионики составляют исследования по моделированию различных биологических организмов. Суть этого направления состоит в том, чтобы заимствовать у природы ценные идеи и реализовывать их в виде оригинальных конструкторских и дизайнерских решений, а также новых информационных технологий.
Бионика играет большую роль в жизни человека. В каждом творении Природы мы видим высочайшую степень целесообразности, надежности, прочности, экономичности, и в то же время разнообразие форм и конструкций природных творений бесконечно.
Этот синтез биологии и человеческого разума открывает для нас мир растений и животных как неиссякаемый источник новых идей для различных форм моделирования.
Применение инновационных технологий в области экологического образования дошкольников позволяет педагогам строить процесс экологического образования в соответствии с современными требованиями и вместе с тем без излишней нагрузки для дошкольников. Использование инновационных технологий в МДОУ в целом приводит к тому, что ребенок получает знания, которые прочно закрепляются в его подсознании.
Читайте также: