Название: Самодельный дефицит воды: как отказ от угля и атомной энергетики, тяжелой промышленности и экологических норм изменил влажность воздуха

Введение:

В последние десятилетия гидрологический баланс заметно изменился во многих умеренных зонах Европы, особенно в Германии и Центральной Европе. В то время как глобальное потепление, глобальные модели циркуляции воздуха и изменение распределения осадков широко считаются основными причинами увеличения засушливости, часто упускаемый из виду аспект становится все более актуальным: самодельное сокращение источников технического водяного пара из-за структурных изменений в выработке энергии и промышленном производстве. В этой статье проливается свет на малоизвестную гипотезу, которая приобретает актуальность в исследованиях: вывод из эксплуатации основных электростанций, таких как угольные и атомные, а также повсеместное закрытие тяжелой промышленности могли привести к сокращению антропогенно высвобождаемого водяного пара и, таким образом, способствовать усилению засухи в регионе.

Тепловые электростанции, особенно угольные и атомные, требуют огромного количества воды для охлаждения, которая затем выбрасывается в атмосферу в виде пара через градирни. Этот искусственно высвобождаемый водяной пар представлял собой постоянный источник атмосферной влаги на протяжении десятилетий. В промышленных регионах бесчисленные градирни, испарительные системы и горячие технологические цепочки приводили к образованию водяного пара, побочного продукта промышленной деятельности, влияющего на региональный микроклимат. Несмотря на то, что эти процессы создавали долгосрочные экологические нагрузки, они одновременно вызывали локальное увлажнение нижней тропосферы за счет испарения, что служило буфером против засухи в периоды низкого количества осадков.

Полное или частичное изъятие этих технических источников влаги в рамках декарбонизации, поэтапный отказ от ядерной энергетики и перемещение энергоемких производств за границу оставляет заметный пробел в круговороте атмосферной воды. Кроме того, существуют более строгие экологические нормы, которые ограничивают возврат охлаждающей воды в реки или минимизируют испарение с помощью новых технологий (например, закрытых систем охлаждения). Возникает вопрос: не вызвали ли мы непреднамеренно осушение атмосферы посредством благонамеренных экологических мер?

Цель данной статьи — осветить эту ранее игнорируемую связь с разных точек зрения и на основе шести тематических фокусов критически проанализировать роль технических источников водяного пара в региональном водном балансе. Это не ставит под сомнение тот факт, что изменение климата является глобальным фактором изменений – в то же время местные технические вмешательства в атмосферу должны быть исследованы как возможные усилители региональных явлений засухи.

Структура:

1. Тепловые электростанции как искусственные источники атмосферной влаги: недооцененная роль в локальном круговороте воды

2. Поэтапный отказ от угля и атомной энергетики: сокращение паровых облаков над электростанциями и их климатические последствия

3. Деиндустриализация тяжелой промышленности: потеря промышленных зон испарения и технических источников влаги

4. Строгие экологические нормы и закрытые системы охлаждения: сокращение процессов испарения воды во имя воды защита

5. Метеорологические наблюдения в постиндустриальных районах: корреляция между закрытием электростанций и локальной засухой

6. Новые перспективы комплексного управления водными ресурсами и климатом: следует ли включать в планирование технические источники влаги?

1. Тепловые электростанции как искусственные источники атмосферной влажности: недооцененная роль в локальном круговороте воды

Тепловые электростанции, особенно угольные и атомные, широко используют воду для охлаждения своих объектов. Эта вода обычно берется из близлежащих рек или озер, проходит процесс поглощения тепла и в конечном итоге выбрасывается обратно в окружающую среду в виде нагретой воды или в виде пара — либо непосредственно в водные пути, либо в атмосферу через гигантские градирни. Эти процессы былиЭто привело к образованию локального тумана, образованию облаков и повышению влажности в окружающей местности на протяжении десятилетий.

Количество выбрасываемой воды огромно. Например, атомная электростанция среднего размера может выбрасывать в атмосферу несколько миллионов литров воды каждый день, часть из которых испаряется и, таким образом, напрямую влияет на влажность воздуха. Угольные электростанции с открытыми системами охлаждения или мокрыми градирнями также постоянно выбрасывают испаренную воду в окружающий воздух. За десятилетия это привело к антропогенному усилению локального водного цикла, который, хотя и имел лишь небольшой глобальный эффект, был, безусловно, заметен на региональном уровне.

В регионах с плотной инфраструктурой электростанций — в таких областях, как Рейнская область или Рур, эти поступления водяного пара способствовали микроклимату, характеризующемуся более высокой влажностью, повышенным образованием тумана и немного повышенным локальным количеством осадков. Этот эффект редко количественно оценивался или учитывался в климатических моделях, поскольку его часто считали «незначительным» по сравнению с глобальными климатическими факторами. Однако местные гидрологические последствия этих систем были реальны - и теперь постепенно исчезают.

2. Поэтапный отказ от угля и атомной энергетики: сокращение облаков пара над электростанциями и их климатические последствия

С политически навязанным демонтажем угольных и атомных электростанций - особенно в немецкоязычных странах, исчезают не только источники выбросов CO₂ и радиоактивных остатков, но и постоянные антропогенные источники водяного пара. Поэтапный отказ Германии от атомной энергетики к 2023 году и запланированный поэтапный отказ от угля не позднее 2038 года приведут к исчезновению сотен градирен, испарителей и систем открытого цикла, которые были частью стабильного регионального водного цикла на протяжении десятилетий.

Эти электростанции вырабатывали не только электроэнергию, но и тепло в виде облаков пара, которые были особенно заметны как белые шлейфы над градирнями в холодные месяцы. Эти искусственно созданные облака образовались из конденсирующегося водяного пара, который при определенных атмосферных условиях мог способствовать образованию кучевых облаков или небольших локализованных осадков. Кроме того, эти паровые облака непрерывно снабжали нижнюю тропосферу влагой, что было особенно важно в континентальных европейских регионах с уже ограниченным доступом к влаге океана.

Демонтаж этих систем приведет к разделению потоков технической и атмосферной влаги. Потеря этого поступления влаги приводит к более быстрому высыханию почвы, особенно летом с небольшим количеством осадков, увеличению стресса от засухи для растений и усилению воздействия тепла, поскольку для испарения доступно меньше воды. В районах с исторически высокой плотностью электростанций эти эффекты уже измеримы, но до сих пор не были систематически документированы и не включены в процессы планирования управления водными ресурсами.

3. Деиндустриализация тяжелой промышленности: потеря промышленных зон испарения и технических влагопоступлений

Параллельно с сокращением производства энергии, с 1990-х годов в тяжелой промышленности происходят глубокие структурные изменения. Литейные заводы, сталелитейные заводы, крупные химические заводы и алюминиевые заводы — многие из этих операций были закрыты, автоматизированы или перемещены за границу. Эти отрасли промышленности требовали не только огромного количества энергии, но и огромного количества охлаждающей воды, технологической воды и чистящих жидкостей, которые регулярно испарялись в открытых контурах или выпускались через воздушное охлаждение.

Здесь также на протяжении десятилетий развивалось антропогенное равновесие влажности, часто оставаясь незамеченным. Горячие сталелитейные или коксохимические заводы генерировали непрерывные восходящие тепловые потоки, как и нефтеперерабатывающие или нефтехимические заводы. Испаряющиеся выбросы от таких отраслей промышленности подпитывались бесчисленными открытыми бассейнами, реками, системами охлаждения и системами вентиляции залов. В целом они привели к накоплению атмосферной влаги — иногда даже в городских районах, где естественное испарение уже сведено к минимуму за счет уплотнения почвы.

Таким образом, деиндустриализация, часто восхваляемая как положительный экологический успех, также имеет непреднамеренные последствия для микроклимата.Устранение промышленных источников тепла не только снижает уровень загрязняющих веществ, но также тепловую конвекцию и испарение. В сочетании с растущей изоляцией городских территорий и упадком сельскохозяйственных ирригационных систем это усугубляет атмосферную сухость, особенно в переходные периоды между весной и летом.

4. Строгие экологические нормы и закрытые системы охлаждения: сокращение процессов испарения воды во имя защиты воды

В последние десятилетия в Европе, и особенно в Германии, были приняты многочисленные законы и постановления для защиты окружающей среды и водоемов. Целью было ограничение нагрева рек, предотвращение рециркуляции загрязняющих веществ и повышение эффективности технических процессов. Одним из последствий этих мер стало преобразование многих систем охлаждения из открытых в закрытые контуры, в которых вода повторно используется несколько раз и больше не испаряется.

Технически говоря, это означает: вместо того, чтобы выпускать горячий отработанный воздух или сточные воды в окружающую среду, они циркулируют внутри, охлаждаются и повторно используются. Хотя это улучшает использование энергии и ресурсов, это также уменьшает контакт с атмосферой — и, таким образом, возможность испарения, рассеивания тепла и рециркуляции влаги.

Бассейны для сбора дождевой воды и новые дренажные системы в городах теперь также проектируются так, чтобы терять как можно меньше воды в атмосферу. Инфильтрация предпочтительнее испарения — что кажется экологически разумным, но в долгосрочной перспективе способствует снижению влажности в городских микроклиматах. Особенно жарким летом это может привести к увеличению теплового стресса, поскольку доступно меньше скрытого испарительного охлаждения.

В целом, это создает, казалось бы, парадоксальный эффект: защита окружающей среды, особенно водоемов, посредством технической изоляции приводит к снижению естественного и антропогенного испарения. Это приводит к потере важного поступления атмосферной влаги, которое в прошлом стабилизировало не только водный баланс, но и местную устойчивость к волнам тепла.

5. Метеорологические наблюдения в постиндустриальных районах: корреляция между остановкой электростанций и локальной засухой

Первоначальные метеорологические анализы и долгосрочные наблюдения показывают, что в регионах с сильной деиндустриализацией и демонтажем электростанций наблюдается увеличение засушливых периодов в течение многих лет — независимо от глобальных климатических тенденций. Эти наблюдения особенно поразительны там, где многие электростанции были остановлены за короткий промежуток времени, например, в некоторых частях Восточной Германии, Саара или в некоторых частях Северной Италии.

Оценки, основанные на спутниковых данных, показывают, что после остановки крупных систем охлаждения влажность почвы снижается быстрее, потенциал осушения воздуха увеличивается, а количество летних дней с температурой выше 30 °C значительно увеличивается. В то же время относительная влажность воздуха в некоторых районах снизилась, а эвапотранспирация с растительности также снизилась из-за увеличения засушливости — самоусиливающийся эффект.

Проблема заключается в четкой количественной оценке этих изменений. Предыдущие климатические модели едва или совсем не учитывали потерю антропогенных источников испарения. Метеорологические службы также не устанавливают прямой связи между паром электростанции и микроклиматом. Однако крайне необходимо разработать новые подходы к моделированию, которые учитывают техногенные поступления влаги, а также выбросы и герметизацию.

6. Новые перспективы комплексного управления водными ресурсами и климатом: следует ли включать технические источники влаги в планирование?

На фоне усиливающихся засух, волн тепла и неурожаев становится ясно, что чисто основанное на выбросах понимание экологической политики уже недостаточно. Необходимо комплексное управление водными ресурсами и климатом, которое не только сокращает выбросы, но и учитывает балансы атмосферной влажности. Технически генерируемые поступления водяного пара — ранее рассматриваемые как «нежелательные побочные эффекты» — в будущем могут рассматриваться как контролируемые элементы климата.

Некоторые пилотные проекты уже экспериментируют с испарительными прудами, распылением городского тумана или искусственным орошением длялокальное увеличение влажности. Повторный ввод в эксплуатацию выведенных из эксплуатации прудов-охладителей — без производства электроэнергии — также возможен для того, чтобы специально генерировать испарение в засушливые периоды. Городские системы, такие как зеленые крыши, открытые водные пути или полутехнические источники влаги (например, открытые системы охлаждения с функцией очистки) также могут взять на себя новые роли.

Однако необходимо изменение политической и социальной парадигмы: от простой догмы сокращения к дифференцированной оценке технических процессов — также с учетом их вклада в локальный баланс влажности. Только если мы будем целостно думать как о естественных, так и о антропогенных водных потоках, мы сможем создать устойчивое будущее во времена климатической неопределенности.

АВТОРСКИЕ ПРАВА ToNEKi Media UG (ограниченная ответственность)

АВТОР: ТОМАС ЯН ПОШАДЕЛЬ