Сообщение на тему природоохранные технологии

Обновлено: 02.07.2024

Искусственный интеллект, Интернет вещей, блокчейн и большие данные успешно решают задачи не только бизнеса. Всё чаще эти технологии используются и в природоохранных целях. Например, инновационные решения позволяют моделировать изменения климата, контролировать загрязнение окружающей среды, поддерживать экосистемы в здоровом состоянии. В нашей подборке несколько примеров того, как технологии помогают человеку сохранять природу уже сейчас.

Блокчейн помогает замедлить процесс изменения климата

Машинное обучение контролирует экологическую обстановку

В Австралии департамент защиты окружающей среды запустил проект по сбору данных об окружающей среде с помощью специальных сенсоров. Они передают информацию о состоянии атмосферы и уровне загрязнения воздуха, оценивают содержание в нём озона, двуокиси азота, угарного газа, твёрдых частиц, а также измеряют показатели видимости. Данные с четырнадцати разных типов датчиков направляются в центр по прогнозированию, а затем с помощью машинного обучения и других интеллектуальных алгоритмов на их основе рассчитывается AQI — индекс качества воздуха. Результаты расчётов позволяют сделать выводы о загрязнении воздуха на ближайшие сутки, сравнить результаты, полученные в разных районах штата, а также предпринять меры для снижения уровня загрязнения. Ознакомиться с показателями качества воздуха можно с любого мобильного устройства. Это особенно удобно для крупных промышленных предприятий, которые считаются главными источниками вредных выбросов в атмосферу.

Интернет вещей защищает от исчезновения редкие виды животных

По оценке экспертов Международного союза охраны животных, к 2000 году порядка 10 000 видов животных оказались на грани исчезновения. К 2020 году эта цифра выросла в 2,5 раза, а ещё через 30 лет ситуация имеет все шансы стать критичной. Сохранить популяцию редких видов в первую очередь от браконьеров помогает Интернет вещей. Эта технология, в частности, уже используется для предотвращения убийств чёрных носорогов. Их осталось менее 5 000, а африканские браконьеры ежедневно истребляют по три особи. Белых носорогов уже практически не осталось, сейчас учёные пытаются сохранить их гены. В целях защиты в рога носорогов вживляют сенсоры, которые контролируют перемещение животных и каждые 30 минут отправляют их координаты на облачный сервер. На основе этих данных строятся цифровые карты, которые охватывают несколько национальных парков Африки.

Видеоаналитика предотвращает распространение лесных пожаров

Компании Huawei и Enbo разработали и внедрили совместный проект по предупреждению лесных пожаров. От других похожих решений его отличает интеллектуальная составляющая, которая занимается прогнозированием в режиме реального времени. О наличии возгорания, как правило, узнают по задымлению, и чем раньше обнаружен дым, тем легче ликвидировать пожар. В рамках проекта за распознавание дыма отвечают специальные камеры, которые передают информацию на облачные сервисы. Анализируя данные с видеокамер, можно делать точные прогнозы о возникновении лесных пожаров и своевременно определять их локацию. Система максимально автоматизирована и не требует участия большого количества людей — например, в китайской провинции Гуандун работу почти тысячи камер контролирует один оператор.

Искусственный интеллект помогает сохранить дальневосточного леопарда

Внедрение технологичных решений уже сегодня помогает эффективнее защищать природу. А хранить информацию, которая непременно будет накапливаться в процессе такой работы, удобнее всего в защищённом облаке.

Особую важность для экологии представляют природоохранные технологии. То есть не технологии вообще, а конкретные технологии, направленные на ликвидацию того или иного вредного воздействия на окружающую среду.

Не претендуя на широту обобщений, можно предложить некоторый перечень видов природоохранных технологий [2,3]:

1. Очистка и обезвреживание отходящих газов.

2. Очистка сточных вод.

3. Переработка, обезвреживание и утилизация твердых отходов.

4. Рекультивация загрязненных территорий и акваторий.

5. Стабилизация окружающей среды при сельскохозяйственном производстве.

6. Замещение энергетических ресурсов новыми экологически чистыми источниками энергии из возобновляемого сырья.

7. Реализация систем замкнутого водопользования.

8. Замещающие технологии экологически чистых материалов и продуктов.

9. Экологически чистая геотехнология.

10. Экологический мониторинг техногенных воздействий на окружающую среду.

Многие из перечисленных природоохранных технологий могут быть реализованы с использованием способов и процессов биотехнологии. В силу специфики биотехнологических процессов, остановимся более подробно на роли биотехнологии в осуществлении перечисленных выше природоохранных технологий.

1. Очистка сточных вод. Здесь биотехнология практически вне конкуренции. Наряду с открытыми еще в начале века системами аэробной и анаэробной очистки с использованием аэротенков, других специальных видов биоокислителей, биофильтров и метантенков, работающих на естественных биоценозах, разрабатываются адаптированные к различным загрязнениям консорциумы микроорганизмов, пригодные для переработки особо токсичных отходов, системы биосорбции тяжелых металлов и многое другое.

2. Переработка, обезвреживание и утилизация твердых отходов. Начало этим технологиям было положено способами переработки избыточного активного ила, накапливающегося при работе станций биологической очистки стоков. Такой ил часто сам является серьезным источником загрязнения окружающей среды. Методы метанового брожения с получением горючего биогаза и удобрений, а также методы биокомпостирования в аэробных условиях, используемых для переработки активного ила, были затем использованы для переработки навоза, окультуривания свалок и превращения их в установки по биопереработке отходов. Разрабатываются также методы биологической переработки отработанных полимерных материалов, таких как сельскохозяйственные пленки, биодеградации нефтесодержащих осадков, биорегенерации резины отработанных шин с получением каучука-регенерата. Перечень перерабатываемых с помощью биотехнологии отходов растет, т.к. почти для каждого вещества можно подыскать микроб, для которого это вещество является субстратом.

4. Биоремедиация загрязненных территорий. Развитие цивилизации часто сопровождается образованием техногенных пустынь – территорий, загрязненных различными вредными веществами. На слуху прежде всего нефтяные загрязнения, но список загрязнителей достаточно велик. Смыслом биоремедиации является очистка этих загрязнений с помощью микроорганизмов, вносимых в почву, или путем активизации деятельности аборигенной почвенной микрофлоры. Это – специальный вид технологии, несколько напоминающий сельскохозяйственные. Они включают рыхление и вспашку почвы, увлажнение или осушение, внесение удобрений и структураторов почвы. Выполняются работы либо по месту загрязнения, либо с вывозом грунта на специально оборудованные участки. В 1997г. в Германии состоялась первая международная конференция по биоремедиации. Спектр загрязняющих веществ, по которым проводятся работы, весьма велик. Это нефтепродукты, полиароматические углеводороды, нитроаромтаика, нитроцеллюлоза, тринитротолуол, нафталин, антрацен, фенантрен, полиалкилводород, бифенилы, иприт и другие ОВ, гептил, ионы металлов – хром, свинец, никель, цинк и многое другое.

6. Замещение энергетических ресурсов. В этой области можно отметить следующие возможности биотехнологии:

- Получение биогаза путем биоконверсии различных органических отходов или специально выращиваемых быстрорастущих растений.

- Получение водорода из отходов органического происхождения.

- Есть информация о культивировании специальных видов микроводорослей, накапливающих углеводороды, Пока что их эффективность невелика. Но нельзя исключать, что с помощью генной инженерии будут созданы хозяйственно рентабельные биотехнологические производства углеводородов, что позволит заместить убывающие запасы нефти возобновляемым углеводородным топливом.

- Особенно блестящие экологические перспективы сулит промышленное использование биофотолиза воды цианобактериями или их ферментными системами с получением водорода, хотя и здесь для практического решения задачи нужно решить много технических и биологических вопросов.

7. Реализация систем замкнутого водопользования. В таких системах отработанные водные потоки очищаются внутри самого производства, и очищенные – вновь используются в производстве. На Киришском биохимическом заводе, например, за счет такого решения удалось полностью исключить сброс промышленных стоков в водоемы. Интересно, что при этом снизились расходы и другого сырья – аммонийных и фосфорных солей, которые не сбрасывались в водоемы, а повторно использовались. При достаточно больших концентрациях органических загрязнений в отработанных потоках в системах замкнутого водопользования должна быть биотехнологическая стадия отработки воды.

8. Замещающие технологии экологически чистых материалов и продуктов. Этот раздел по существу касается многих продуктов разного назначения, производимых биотехнологией и имеющих свойства, снижающие экологическую нагрузку на природу. В качестве первого примера можно привести биоразлагаемые полимеры (полиоксибутират, полилактат), разлагающиеся с помощью почвенной микрофлоры и тем самым выгодно отличающиеся от полиэтилена, полипропилена, упаковка из которых создает ясно выраженную экологическую нагрузку на окружающую среду.

Можно также отметить биоудобрения и биоинсектициды, стиральные порошки с ферментами. Созданы биопрепараты против комаров, которые заражают их личинки и препятствуют размножению, и в то же время не оказывают воздействия на человека и окружающую среду, чем выгодно отличаются от химических средств. Конкурируют с обычными пищевыми продуктами такие продукты биотехнологического происхождения, как глюкозо-фруктозные сиропы, получаемые ферментативной обработкой крахмалистого сырья, подкислители – лимонная, молочная и другие органические кислоты, пищевые красители и биоконсерванты микробного происхождения (низин, дигидроксиацетон), пищевкусовая добавка – глутамат натрия, подсластители типа аспартама (в 200 раз слаще сахара), есть даже попытки создать мясо из мицелиальной биомассы съедобных грибов.

9. Биогеотехнология. При добыче природных ископаемых биотехнология также имеет ряд точек приложения.

- Биометаллургия – бактериальное выщелачивание цветных и драгоценных металлов из сульфидных руд вместо пиролитических процессов или использование аминокислотных гидролизатов микробных масс для выщелачивания золота из оксидных руд вместо неэкологичного процесса цианирования.

- Использование биополисахаридов (ксантанов), получаемых биотехнологическим путем, для повышения нефтеотдачи пластов при добыче нефти.

- Микробиологические методы борьбы с метаном в шахтах.

- Биосорбция благородных и редких металлов из морской воды.

Наконец, концентрации многих загрязняющих веществ определяются с помощью биосенсоров, основанных на специфических реакциях ферментов с измеряемым веществом. Здесь уже определяется не интегральное воздействие, а конкретная концентрация конкретного вещества.

Тема сохранения природы сегодня является первостепенной для человечества. Внедряя новые экологические технологии, люди заботятся о сохранении ресурсов планеты и стараются уменьшить вред от своей деятельности. Применение IT-решений в производстве помогает снизить негативную нагрузку на окружающую среду.

Принципы экологических технологий

Научно-техническая революция сделала жизнь современного человека несравненно легче, чем 100-200 лет назад. Но прогресс имеет свою обратную сторону — деятельность человека привела к значительному ухудшению экологической ситуации.

Долгое время казалось, что природные ресурсы неисчерпаемы, а возможность самоочищения атмосферы безгранична, но человечество жестоко заблуждалось. Экологи всего мира бьют тревогу, сигнализируя о необратимых изменениях окружающей среды и о грозящем энергетическом дефиците.

Целые государства задумались об ответственности перед грядущими поколениями и обратили взгляды в сторону экологичных технологий, базирующихся на следующих принципах:

внедрение эффективного менеджмента, охватывающего все сферы природопользования;
использование цикличных процессов производства, введение повторной переработки сырья с целью минимизации отходов;
применение энергоэффективных методов и интенсификация производственных процессов.

Современные технологии в экологии направлены на минимизацию антропогенного воздействия на окружающую среду, а также продвижение инициатив в области природоохраны.

Внимание!

Многие крупные предприниматели озабочены вопросом сохранения окружающей среды. Так, американский миллиардер Илон Маск учредил конкурс на лучший технологический проект по снижению выбросов в атмосферу углекислого газа. Призовой фонд составляет 120 млн долларов, победитель получит 50 млн.

Виды экологических технологий

Согласно классификации ОЭСР (Организации экономического сотрудничества и развития), экотехнологии можно разделить на 2 основные группы:

Переработка, интенсификация и контроль использования природных ресурсов.
Использование альтернативных источников энергии.

Также новые технологии в экологии можно разделить на активные и профилактические. Первые направлены на устранение имеющихся проблем с выбросами в атмосферу или загрязнением почвы, неправильной утилизацией отходов. Вторые преследует целью недопущение ухудшения экологической ситуации и включают в себя разработку природоохранных законов, санитарных норм и контроль их соблюдения.

Экологический менеджмент

Прежде всего, этот раздел включает в себя технологии по переработке токсичных отходов и вторичного использования отработанного сырья, направленные на создание эффективных способов очистки природных ресурсов, пострадавших от деятельности человека.

К этой же категории относят развитие инновационных технологий в сельском хозяйстве, внедрение новых подходов к еде, например, производство растительного мяса. Сюда же можно отнести и систему охраны труда и заботу о здоровье человека.

Использование альтернативной энергии

В последние годы ведутся активные разработки по внедрению новых видов топлива и поисков новых возобновляемых источников энергии. Также к данной категории относят технологические проекты, позволяющие повысить энергоэффективность техники и производственных процессов.

На заметку

Современные автомобили расходуют на 15-20% меньше топлива на 100 км пробега, чем в 70-х гг. XX в., а бытовая техника, выпускаемая в новом тысячелетии, потребляет на 70% меньше электроэнергии, чем 50 лет назад.

Современные экологические технологии

Производство биотоплива

Загрязнение воды и почв нефтепродуктами и отходами их переработки — одна из самых больных проблем современности. Спасением может стать использование в качестве альтернативы топлива, произведенного из морских водорослей. В 2009 году появился первый автомобиль, в баки которого можно было заливать не привычные бензин или солярку, а биологическое горючее.

Планируется, что внедрение этой технологии позволит уже через 10 лет производить 12% всего авиационного топлива из водорослей. Преимущество перевода двигателей на этот вид питания состоит также в том, что во время сгорания биогорючее выделяет в атмосферу CO₂ в 5 раз меньше, чем при использовании бензина или дизтоплива.

Внимание!

В данный момент ведутся работы над удешевлением производства. Массовое использование требует снизить себестоимость продукта на 80-90%.

Умные дома

Одной из проблем современных жилых комплексов — нерациональный расход энергии, затрачиваемой на освещение и отопление. Особенно это касается домов, в которых используется центральное отопление. Внедрение интеллектуальных технологий позволяет установить в зданиях системы, реагирующих на перепады температуры. Посылаемые на пульт управления сигналы позволят регулировать подачу тепла. Такие же системы регулируют уровень освещенности помещений.

Опреснение морской воды

Эти технологии уже применяются в США и Арабских Эмиратах. Интенсивные разработки ведутся в Китае — страна испытывает значительный дефицит пресной воды. Пока производство остается достаточно дорогостоящим, но усовершенствование систем фильтрации и процессов обратного осмоса позволяет надеяться, что в скором времени удастся добиться удешевления технологий.

Альтернативные электростанции

Компании разных стран ведут разработки по использованию в качестве источников для получения электричества энергии, вырабатываемой морскими приливами, ветром и солнцем. Несмотря на то, что пока КПД таких установок достаточно невысок, отрасль считается перспективной.

Пластиковое дорожное покрытие

Пример успешного повторного использования сырья показала компания PlasticRoad из Нидерландов. Вместо асфальта они используют панели из переработанного пластика. Легкие, но прочные модули скрепляются между собой, а внутри них размещаются необходимые коммуникации. Срок службы таких дорог — несколько десятков лет. При этом после завершения использования материал вновь отправляется на повторную переработку.

Инновационные материалы

Недавно на рынке была представлена новинка в области стройматериалов. Костробетон производится из конопли, при этом отличается высокой термо- и звукоизоляцией, имеет защиту от гниения. Он обладает еще одним преимуществом — стены из костробетона поглощают углекислый газ из атмосферы. При этом известь, входящая в состав материала, кальцинируется, так что в процессе эксплуатации здание становится только прочнее.

Еще один пример применения экотехнологий — изобретение нового прессованного материала, изготовленного из бумаги. Изобретатель М. Мейер из Голландии решил таким образом использовать нереализованные тиражи периодических изданий, создав с помощью газетных листов и органического клея материал, напоминающий по прочности и виду древесину. Ньюс-пэйпер вуд — такое название получила новинка — используют для изготовления мебели.

Сегодня человечество всерьез озабочено состоянием планеты — если современные тенденции не изменятся, то будущее поколение столкнется с серьезным дефицитом источников энергии и загрязненностью окружающей среды. Поэтому экологические технологии все более широко входят в нашу жизнь, а сфера их применения ежегодно расширяется.

Особую важность для экологии представляют природоохранные технологии. То есть не технологии вообще, а конкретные технологии, направленные на ликвидацию того или иного вредного воздействия на окружающую среду.

Не претендуя на широту обобщений, можно предложить некоторый перечень видов природоохранных технологий [2,3]:

1. Очистка и обезвреживание отходящих газов.

2. Очистка сточных вод.

3. Переработка, обезвреживание и утилизация твердых отходов.

4. Рекультивация загрязненных территорий и акваторий.

5. Стабилизация окружающей среды при сельскохозяйственном производстве.

7. Реализация систем замкнутого водопользования.

8. Замещающие технологии экологически чистых материалов и продуктов.

9. Экологически чистая геотехнология.

10. Экологический мониторинг техногенных воздействий на окружающую среду.

Многие из перечисленных природоохранных технологий могут быть реализованы с использованием способов и процессов биотехнологии. В силу специфики биотехнологических процессов, остановимся более подробно на роли биотехнологии в осуществлении перечисленных выше природоохранных технологий.

1. Очистка сточных вод. Здесь биотехнология практически вне конкуренции. Наряду с открытыми еще в начале века системами аэробной и анаэробной очистки с использованием аэротенков, других специальных видов биоокислителей, биофильтров и метантенков, работающих на естественных биоценозах, разрабатываются адаптированные к различным загрязнениям консорциумы микроорганизмов, пригодные для переработки особо токсичных отходов, системы биосорбции тяжелых металлов и многое другое.

2. Переработка, обезвреживание и утилизация твердых отходов. Начало этим технологиям было положено способами переработки избыточного активного ила, накапливающегося при работе станций биологической очистки стоков. Такой ил часто сам является серьезным источником загрязнения окружающей среды. Методы метанового брожения с получением горючего биогаза и удобрений, а также методы биокомпостирования в аэробных условиях, используемых для переработки активного ила, были затем использованы для переработки навоза, окультуривания свалок и превращения их в установки по биопереработке отходов. Разрабатываются также методы биологической переработки отработанных полимерных материалов, таких как сельскохозяйственные пленки, биодеградации нефтесодержащих осадков, биорегенерации резины отработанных шин с получением каучука-регенерата. Перечень перерабатываемых с помощью биотехнологии отходов растет, т.к. почти для каждого вещества можно подыскать микроб, для которого это вещество является субстратом.

4. Биоремедиация загрязненных территорий. Развитие цивилизации часто сопровождается образованием техногенных пустынь – территорий, загрязненных различными вредными веществами. На слуху прежде всего нефтяные загрязнения, но список загрязнителей достаточно велик. Смыслом биоремедиации является очистка этих загрязнений с помощью микроорганизмов, вносимых в почву, или путем активизации деятельности аборигенной почвенной микрофлоры. Это – специальный вид технологии, несколько напоминающий сельскохозяйственные. Они включают рыхление и вспашку почвы, увлажнение или осушение, внесение удобрений и структураторов почвы. Выполняются работы либо по месту загрязнения, либо с вывозом грунта на специально оборудованные участки. В 1997г. в Германии состоялась первая международная конференция по биоремедиации. Спектр загрязняющих веществ, по которым проводятся работы, весьма велик. Это нефтепродукты, полиароматические углеводороды, нитроаромтаика, нитроцеллюлоза, тринитротолуол, нафталин, антрацен, фенантрен, полиалкилводород, бифенилы, иприт и другие ОВ, гептил, ионы металлов – хром, свинец, никель, цинк и многое другое.

6. Замещение энергетических ресурсов. В этой области можно отметить следующие возможности биотехнологии:

— Получение биогаза путем биоконверсии различных органических отходов или специально выращиваемых быстрорастущих растений.

— Получение водорода из отходов органического происхождения.

— Есть информация о культивировании специальных видов микроводорослей, накапливающих углеводороды, Пока что их эффективность невелика. Но нельзя исключать, что с помощью генной инженерии будут созданы хозяйственно рентабельные биотехнологические производства углеводородов, что позволит заместить убывающие запасы нефти возобновляемым углеводородным топливом.

— Особенно блестящие экологические перспективы сулит промышленное использование биофотолиза воды цианобактериями или их ферментными системами с получением водорода, хотя и здесь для практического решения задачи нужно решить много технических и биологических вопросов.

7. Реализация систем замкнутого водопользования. В таких системах отработанные водные потоки очищаются внутри самого производства, и очищенные – вновь используются в производстве. На Киришском биохимическом заводе, например, за счет такого решения удалось полностью исключить сброс промышленных стоков в водоемы. Интересно, что при этом снизились расходы и другого сырья – аммонийных и фосфорных солей, которые не сбрасывались в водоемы, а повторно использовались. При достаточно больших концентрациях органических загрязнений в отработанных потоках в системах замкнутого водопользования должна быть биотехнологическая стадия отработки воды.

8. Замещающие технологии экологически чистых материалов и продуктов. Этот раздел по существу касается многих продуктов разного назначения, производимых биотехнологией и имеющих свойства, снижающие экологическую нагрузку на природу. В качестве первого примера можно привести биоразлагаемые полимеры (полиоксибутират, полилактат), разлагающиеся с помощью почвенной микрофлоры и тем самым выгодно отличающиеся от полиэтилена, полипропилена, упаковка из которых создает ясно выраженную экологическую нагрузку на окружающую среду.

9. Биогеотехнология. При добыче природных ископаемых биотехнология также имеет ряд точек приложения.

— Биометаллургия – бактериальное выщелачивание цветных и драгоценных металлов из сульфидных руд вместо пиролитических процессов или использование аминокислотных гидролизатов микробных масс для выщелачивания золота из оксидных руд вместо неэкологичного процесса цианирования.

— Использование биополисахаридов (ксантанов), получаемых биотехнологическим путем, для повышения нефтеотдачи пластов при добыче нефти.

— Микробиологические методы борьбы с метаном в шахтах.

— Биосорбция благородных и редких металлов из морской воды.

Читайте также: