Krążenie azotu

Zbiornikiem azotu jest powietrze ( w powietrzu stanowi około 78% w tej postaci jest prawie zupełnie niedostępny dla istot żywych cz. N₂ jest chemicznie obojętna , potrzeba dużych nakładów energetycznych na rozerwanie)

Jest kilka dróg wiązania azotu atmosferycznego w związki dostępne dla istot żywych :

• Błyskawice

• Organizmy żywe wiążące azot z powietrza

• Azot zawarty w białkach i aminokwasach

1. błyskawice :

uwolnione atomy łącza się z tlenem tworząc tlenki azotu , a następnie z woda tworzą azotyny które są przekształcane do azotanów, odpowiednie źródło azotu dla roślin jest to do 4% zasobów azotu.

2. Organizmy żywe wiążące azot z powietrza :

• W wodzie sinice zdolne do przyswajania C i N

• W glebie bakterie azotowe ( azot przyswajalny przez nie wchodzi w obieg wraz z materia organiczną

3. Azot zawarty w białkach i aminokwasach:

Jest wykorzystywany przez zwierzęta , konsumentów szczątki roślin , zwierząt, grzybów, pierwotniaków które ulegają rozkładowi i azot zostaje uwolniony w postaci jonu amonowego.

W warunkach tlenowych bakterie nitryfikacyjne utleniają jon amonowy do azotynów (nitryfikacja), azot w tej postaci jest przyswajalny do wszystkich roślin i wraca do obiegu. w warunkach beztlenowych (podmokłe gleby, osady, muły) bakterie nitryfikacyjne redukują jon amonowy do azotu cząsteczkowego który uchodzi do atmosfery (denitryfikacja)

Krążenie Węgla

Krążenie węgla w przyrodzie może być utożsamianie z krążeniem materii (organicznej która jest oparta na węglu ).

Zbiorniki węgla:

• Atmosfera

• Wody oceanów

• Biomasa zwierząt i roślin(lasy i puszcze tropikalne)

• Martwa materia organiczna (próchnica w glebach , osady denne w morzach)

• Paliwa kopalne (ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny)

• skały węglanowe

1.Atmosfera:

• odpływ węgla z atmosfery- przyswajalny przez organizmy żywe samożywne głownie rośliny (CO₂)

• dopływ węgla do atmosfery:

• oddychanie żywych organizmów

• spalanie paliw kopalnych przywracanie do atmosfery węgla który zastał wyłączony z obiegu w innych epokach geologicznych.

• Wypalanie wapna

• Wymiana Co2 pomiędzy atmosfera a wodami oceanów (dwukierunkowy przepływ)

2.Wody oceanów :

rozpuszczalnik dwutlenku węgla ( rozpuszczalność zależy od temperatury i zasolenia )

Wody oceanów to ekosystem w którym bytują producenci (zatrucie wód oceanicznych i obniżenie fotosyntezy, drastycznie zmniejszy pobieranie węgła, z atmosfery i może spowodować uwolnienie pewnych jego ilości zawartych w biomasie oceanicznych producentów.

Obecnie biomasa całej kuli ziemskiej pozostaje w stanie równowagi rośliny przyswajają węgiel, ta przyrastająca masa jest wykorzystywana podczas różnych procesów fizjologiczno ekologicznych oddychanie, producenci pokarm dla konsumentów zasoby martwej materii organicznej ekosystemów świata. W minionych epokach stan biomasy był różny i zależał od czynników zewnętrznych (klimatu).

3.Martwa Materia Organiczna

Występuje w każdym ekosystemie ( w bardzo różnych ilościach ).obecnie tylko bardzo niewielkie ilość materii Organicznej są wyłączone z obiegu węgla (pokłady torfu osady denne, skały węglanowe)

4.Paliwa kopalne

Dzisiejsze paliwa kopalne do zasoby martwej materii organicznej z dawnych epok geologicznych .

W dawnych epokach musiały zaistnieć odpowiednie warunki:

• Biomasa musiała być bardzo duża

• Rozkład materii musiał być w znacznym stopniu zahamowany

• Cały zebrany węgiel został pobrany z atmosfery

Spalając paliwa kopalne powodujemy że stan atmosfery zbliża się do stanu epoki gdy biomasa była gromadzona.

5.Skały węglanowe

To w większości wytwór zwierząt i pierwotniaków- muszle szkielety, skorupy zamienione w skały. Węgiel do ich budowy został zaczerpnięty w wód mórz i oceanów, w których zawartość dwutlenku węgla podobnie jak dzisiaj była w równowadze dynamicznej z atmosferą.

Spalanie a ochrona środowiska

• Szybki wzrost zapotrzebowania na energię

źródła energii:

• Węgiel kamienny, brunatny

• Gaz ziemny

• Ropa naftowa

• Energia jądrowa

• Energia wodna i inne źródła odnawialne:(wiatr, drewno ,słońce, biomasa itp.)

Wykaz substancji zanieczyszczających powietrze przy spalaniu różnego rodzaju paliw:

zanieczyszczenie	Gaz ziemny	Olej opałowy	Węgiel kamienny
Dwutlenek węgla	211 000	295 000	375 000
Tlenek węgla	52	74	379
Tlenki azotu	306	806	823
Dwutlenek siarki	1,2	2,020	4664
Cząstki stałe	12,6	151	4469
formaldehyd	1.360	0,396	0,398
rtęć	0,00	0,13	0,029

Jaka jest ekologiczność źródeł energii:

Najgorszy jest węgiel kamienny.

	Ropa naftowa	Gaz ziemny	Węgiel	Energia jądrowa	Energia wodna
Świat	37	24	27	6,1	6,2
OECD	41	21	23	9	5
UE	38	24	18	13	4,3
Polska	23	16	69	-	0,9

Paliwo	Cechy pozytywne	Cechy negatywne
Wegiel	Obfitość zasobów, pewność i bezpieczeństwo przy transporcie magazynowaniu, szeroka dostępność	Najbardziej uwęglone paliwo do produkcji energii wtórnej. stwarza wyzwania dla emisji CO2 .
Ropa	Brak, substytutu wykorzystywana w transporcie, szczególnie łatwa w transporcie i magazynowaniu	Powoduje emisje Co2, zmienność cen , koncentracja zasobów podatność na niestabilność polityczną, ryzyko tranportowe
Gaz	Wydajny i wygodny dla różnych sposobów wykorzystania (np. ogrzewanie domów, produkcja alternatywnych nośników energii	Powoduje emisję CO, ryzykowny w transporcie i magazynowaniu, i magazynowaniu, wymaga odpowiedniej infrastruktury, podatny na zmiany cen, koncentracja zasobów.
Jądrowa	Nie powoduje emisji, ograniczone źródło	Akceptacja społeczna, problem składowania odpadów, kapitałochłonność
odnawiane	Niska emisja, na bazie cyklu życiowego	Wysokie koszty, nieciągłe zasoby, rozwój wymaga czasu, problemy lokalizacyjne

Do balastu zalicza się wilgoć, i części mineralne z których powstaje popiół. Substancja palna węgla składa się z węglowodorów i związków organicznych w skład których wchodzą S N O. Spośród pierwiastków wchodzących w skład węgla uważa się tylko C ,S i H .

Spalanie:

Spalanie to reakcja chemiczna polegająca na gwałtownym utlenianiu się substancji .Proces ten jest połączony z emisją ciepła (reakcja egzotermiczna, oraz fal elektromagnetycznych z zakresu światła widzialnego. Do palnych pierwiastków należą : S, H ,C

Spalanie zupełne-to spalanie którego produktem , jest możliwie najtrwalszy związek chemiczny.(składniki palne w pełni utlenione)

C+O₂ --> CO2 33 900 kJ/kg

H2+ ½ O2 --> H2O 144 000 kJ/kg

S+ O2 --> SO2 105 000 kJ/kg

Spalanie nie zupełne- zachodzi wówczas gdy substancja z jakiś powodów nie może się utlenić całkowicie (niedostateczna ilość tlenu ).

C + ½ O2 --> CO 10 200 kJ/kg

(33 900-10 200)/33900 *100%= 70%

Prawie wszystkie składniki spalin uznane zostały za zanieczyszczenia środowiska naturalnego.

Emisja i jednostki Emisji spalin:

Emisja:

• Węglowodory CxHy

• Co i CO2

• SO2, SO3

• Cząstki stałe (popiół sadza)

• NOx

• Para wodna

Jednostki Emisji:

Emisja substancji szkodliwych z instalacji spalających wyrażana jest w różnych jednostkach ppm, mg/m³ mg/kWh .Jednostka ppm w tym przypadku odnosi się do objętości i oznacza 1 część na milion czyli 1 cześć objętości substancji szkodliwych na milion części objętości spalin.

Zmierzone zawartości substancji szkodliwych w spalinach uniemożliwiają prostego porównania różnych instalacji, ponieważ różne są sposoby eksploatacji , np. spalanie z różnym współczynnikiem nadmiaru powietrza. Nadmiar powietrza powoduje rozrzedzenie substancji szkodliwych w objętości spalin. Dlatego tez wartości mierzone muszą nbyć przeliczane na taką samą zawartość tlenu w spalinach.

ppm-wyraża stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów chemicznych. Pochodna ułamka molowego i określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na 1 000 000 cząsteczek roztworu.

Przeliczanie zawartości zmierzonej substancji szkodliwych w ppm :

ppm(spaliny rozc.)= (max zawart CO2/zmierzona zawart CO2) *ppm

ppb- wyraża stężenia skrajnie rozcieńczonych roztworów związków chemicznych. Pochodna ułamka molowego i określa ile cząsteczek związku chemicznego przypada na 1 000 000 000 cząsteczek roztworu.

CO2- ma wysoka zdolność do absorpcji wobec promieniowania , stały wzrost CO2 w atmosferze uważany jest za 1 z przyczyn efektu cieplarnianego. CO2 jest naturalny składnikiem atmosfery (320 ppm) pozostającym w stałym obiegu bio geo chemicznym.

Rośliny zielone przyswajają dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy, substrat biochemicznej reakcji powstawania węglowodanów i tlenu. Tworzone substancje organiczne są wykorzystywane dalej w łańcuchu troficznym , a tlen wydalany do atmosfery. Wyniku asymilacji ilości Co2 w ekosystemie , jego poziom jest utrzymywany na stałym poziomie.

W wyniku wycinania lasów , zmniejszania powierzchni zajmowanej przez rośliny oraz wzrost spalania paliw skutkuje wzrostem asymilowanego w procesie fotosyntezy a, jego ilością uwalniana przez człowieka i gromadzenie w atmosferze.- nasila się zjawisko efektu cieplarnianego.

Efekt cieplarniany (szklarniowy)

Podwyższanie temperatury na powierzchni ziemi spowodowane istnienie m atmosfery ziemskiej. Atmosfera ziemska przepuszcza w stronę ziemi znaczne ilości promieniowania słonecznego (promieniowanie krótkofalowe)

Promieniowanie to jest pochłaniane przez powierzchnie ziemi i zamieniane w ciepło.

Niewielka część promieniowania zostaje odbita , a ogrzana powierzchnia ziemi emituje promieniowanie długofalowe które w dużym stopniu zostaje pochłonięte przez atmosferę (głownie przez cząsteczki pary wodnej , dwutlenku węgla, metan, N2O i ozon znajdujący się przy powierzchni ziemi, freony i inne.

Zaabsorbowana energia w postaci promieniowania długofalowego w atmosferze jest kierowana na powierzchnię ziemi w znacznej części w postaci promieniowania zwrotnego czyli:

• Podstawa efektu cieplarnianego

• Tylko niewielka część tego promieniowania trafia w przestrzeń kosmiczną.

Substancje absorbujące długofalowe promieniowanie ziemskie pełnia funkcje analogiczną do szyb w szklarni (cieplarni). Widzialne promieniowanie słoneczne o stosunkowo krótkich falach pada na szyby i przenika do środka i nagrzewa to co jest w środku. Rozgrzana powierzchnia wysyła promieniowanie podczerwone długofalowe , które nie jest przepuszczalne i temperatura na powierzchni podnosi się, dlatego wewnątrz szklarni jest cieplej niż na zewnątrz nawet bez dodatkowego ogrzewania.

Wraz ze wzrostem Co2 w atmosferze następuje ocieplanie ziemi i mogą nastąpić bardzo negatywne zmiany jak topnienie lodowców , kurczenie się linii wiecznych śniegów w górach , wzrost poziomu mórz i oceanów.

Niektórzy prognozują że podwyższenie koncentracji CO2 z 0,032 do 0,06 spowoduje zwiększenie temperatury o 2C i wzrost poziomu wód z powodu topnienia lodowców o 60-75 m.

Najlepiej ograniczyć emisję CO₂ :

• W pierwszej kolejność zmniejszyć emisje i spalanie węgla , zastąpić go innym paliwem (co czwarty Polak jest właścicielem komina)

• Następnie poprawić (prace urządzeń energetycznych i izolacje cieplną budynków, wprowadzić nowe technologie do przemysłu.

Emisja CO₂ w tym na jednostkę energii cieplnej emisji spalin , zależna jest do zawartości tego pierwiastka w paliwie. Stosunek H do C w węglu kamiennym 0,5:1 , oleju opałowym 2:1 ,a w gazie ziemnym 4:1

Im więcej węgla w paliwie tym większa emisja CO₂!

---