XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Осваиваем планету: создание острова ЭКОЛМОС
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Засорение планеты отходами жизнедеятельности человека - одна из проблем нашего времени. Часть мусора со временем разлагается, но немалая его масса оседает на дно водоемов, остается плавать на поверхности, нанося огромный ущерб окружающей среде. Огромные скопления мусора нередко встречаются в Тихом, Индийском, Атлантическом океанах. По подсчетам ученых, около 80% объема мусора поступают с земли, а 20% отбросов - морская деятельность человека. Солнечный свет не проникает в толщи воды - гибнут водоросли и морские обитатели. Пластмассовый мусор разлагается в природной среде от 100 до 500 лет. Проблема отходов в морях и океанах остро стоит перед многими странами. Мировой океан - важная часть нашей экосистемы.
Цель: Разработка проекта острова для решения проблем с экологией
Задачи:
Провести анализ литературы по созданию искусственных островов;
Разработать концепцию искусственного острова и объектов инфраструктуры в программе объемного моделирования Blender;
Выполнить 3D макет проекта;
Создать электрическую схему на макетной плате для 3D макета острова;
Создать графический логотип-эмблему острова;
Разработать план дальнейшей реализации проекта.
Этапы работы над проектом, фото и презентационные слайды представлены в ПРИЛОЖЕНИИ.
Создание острова
Задача создания острова для решения проблем с экологией не нова. Искусственные острова создаются для решения проблем перенаселения, расширения территорий, для создания предприятий, платформ для добычи и переработки ресурсов, спортивно-туристических объектов.
Мы рассмотрели варианты создания, как острова для добычи различных ресурсов (уголь, нефть, газ и т.д.), так и густонаселенного острова, а также проблем, связанных с экологией. Если планировать строительство острова под добычу ресурсов - это бы навредило экологии. Остров под густонаселенный пункт – это вред экологии и всей экосистеме, так что наиболее актуальным оказывается вариант острова для решения экологических проблем. В проекте ОСТРОВ ЭКОЛМОС предполагается не только решение экологических проблем окружающего мира, но и производственная, исследовательская, туристическая и образовательная деятельность.
Что значить построить остров?
Выбрать место. Географическое положение. Расчет океанических течений. Береговая линия. Плотность грунта.
Разработать концепцию.
Провести исследования, испытания для безопасности жизнеобеспечения.
Выполнить макет проекта. Испытания. Исключить неблагоприятные последствия.
Реализация. Коммуникации. Строительство. Безопасные материалы.
Образовательная деятельность
Образовательная деятельность - дополнительное образование заключается в том, что школьники и студенты будут иметь возможность проходить научно-исследовательские курсы по экологии, передовым производственным технологиям, наносистемам, наноматериалам, нанотехнологии, композитным технологиям, новым материалам, агробиотехнологии и геномному редактированию.
Туристическая деятельность предполагает, что любой желающий может посетить остров. На острове будет располагаться выставка новых технологий и открытий, как в сфере производства, так и в сфере экологии.
На нашем острове предполагается проведение научных исследований океана, как со стороны ученых, так и со стороны туристов - исследование флоры и фауны. Так же планируется работа по созданию новых материалов.
Местонахождение острова
Координаты острова (44- северной широты, 158- восточной долготы). Наш остров может, например, располагаться в океане около трех различных течений. Предполагается возможность организовать сбор и переработку океанического и бытового мусора. Перерабатывать его и использовать в дальнейшем, поставив мусорные сетки у острова, что поможет нам собирать большое количество мусора. А так как от нашего острова недалеко к мусорному пятну, мы будем отправлять туда различные экспедиции, и привозить на остров мусор для переработки. Тем самым, мы уменьшим размер пятна и в последующем вовсе избавимся от него, что пойдет на пользу экологии и всей экосистеме.
Рис. 1 География
Фундамент самого острова будет основан на сваях. Рассмотрев методы создания искусственного острова, мы пришли к тому, что лучше всего использовать метод постройки на сваях. Потому, что постройка острова при таком варианте не меняет внутренние течения в океане, при этом сохраняется береговая линия, тем самым мы не разрушаем природу. Так же можно отметить его доступность в плане затрат на доставку необходимых материалов по сравнению с остальными.
Мы планируем поставить сваи (равномерно распределив по площади) под каждый лепесток, в центр «клевера» и в стебле. Бурение свай будет на платформе типа SPAR, так как это наиболее устойчивая платформа.
Выбор площади и формы острова
Форму и дизайн острова предполагается выполнить в форме четырёхлистного клевера, так как на нем можно удобно размесить всю инфраструктуру. Четырехлистный клевер символизирует: природу, чистоту, удачу. Например, у древних кельтов клевер - символ четырех стихий: огня, земли, воздуха и воды.
Рис.2. Форма «Клевер» Рис.2.1 Эмблема
Описание инфраструктуры
У каждого лепестка будет своё предназначения. Лепесток слева снизу будет предназначен для исследовательской, образовательной, производственной деятельности. Лепесток сверху слева будет предназначен для дальнейших переработки материалов, получаемых из отходов. Лепесток сверху справа будет предназначен для мусороперерабатывающей деятельности, также там будут находиться склады химических веществ, необходимых для утилизации мусора. Лепесток снизу справа будет предназначен для жилых помещений и туристической деятельности (музеи, выставки).
Численность населения:20 тыс, человек. Площадь: 16 км2 .
Рис.3 Пример Острова Рис.3.1 ЭКОЛМОС
Источники финансирования для строительства острова
Так как проблема экологии, связанная с загрязнением планеты мусором, на данный момент, является актуальной и глобальной, то инвестировать в наш проект могут:
Страны мира;
Мировое сообщество экологов (например, «Зеленая повестка»);
Предприниматели и компании заинтересованные в очистке планеты.
Компании, связанные с производством новых материалов и исследованием моря.
Как основной источник инвестиции мы выбрали «страны мира» и планируется иметь с ними сотруднические отношения в этом направлении. Так как при сотрудничестве со странами мира, мы можем активно взаимодействовать с их научно-исследовательскими центрами, заключать договоры с учеными и изобретателями-новаторами для сотрудничества и совместной работы (так как при отсутствии сотруднических отношений, страны могли бы выдвинуть нам запрет на заключение договоров) и иметь возможность обмениваться знаниями и оборудованием. Но мы не отказываемся от финансирования из других источников на расходы и исследования острова.
Эффективность инвестиций
Инвесторы будут получать 8% от доходов острова, а это — продажа произведенной продукции и туристическая деятельность, и 3% от исследования космоса и моря. Так же могут принимать участие в исследованиях, как наблюдатели. Налоговые льготы для инвестирующих компаний и предприятий.
Типы деятельности жителей острова, приносящие доход
Продажа изготовленных материалови товаров.
Туристическая деятельность.
Сотрудничество/договор с компаниями, связанными с исследованием моря (проведение экспедиций, связанных с изучением морского дна).
Технологии снабжения острова электрической энергией
Мы разместим по периметру острова гидроэлектростанции, они будут наиболее эффективны, так как наш остров будет около течений и на течении, что позволит вырабатывать достаточно энергии. Так же у нас был выбор в качестве дополнительных источников энергии - солнечные панели или ветрогенераторы. Мы выбрали ветрогенераторы, они более экологичны, а так как у нас остров находится на течениях, будут более эффективны как постоянный источник энергии из-за постоянных ветров. Солнечные панели не смогли бы вырабатывать постоянно энергию, соответственно вырабатывали бы меньше энергии и при утилизации был бы значительный вред экологии.
Рис.4. Экологические источники электроэнергии
Технологии снабжения жителей острова пресной водой, продуктами питания, предметами первой необходимости
Для пополнения запасов воды мы будем использовать один из промышленных способов опреснения воды - многостадийная дистилляция (опреснения с помощью закипания и парообразования при высоких температурах).
Планируется вести торговлю с окружающими островами и материками для дополнительного пополнения запасов пресной воды, продуктов питания и предметов первой необходимости. Поставка пресной воды будет осуществляться с помощью проложенных труб.
Технологии утилизации и/или переработки промышленных
и бытовых отходов
Предполагается поставка на остров современных мусороперерабатывающих заводов. Для переработки мусора можно использовать метод «пиролиз». Он экологичный. В результате переработки будет жидкое топливо, уголь, газ и тепло. Затраты при этом способе минимальны. Тепло будет использоваться на отопление инфраструктуры; из угля возможно изготовление углепластика, графена. Жидкое топливо будем использовать для продажи или для использования в своих целях. Газ будем поставлять и продавать для покупки нужных материалов, оборудования, воды, продуктов питания.С помощью переработки возможно получение веществ для создания и производства новых материалов. Второй возможный способ - очистка прибрежных вод с помощью специальных водных барьеров, задерживающих отходы. Собранный мусор утилизируется.
Рис.5 Пиролиз
Заключение
В процессе работы над проектом:
Разработана концепция искусственного острова. Искусственный остров – это стационарное гидротехническое сооружение на открытой водной акватории (в морях, озёрах, реках), построенное из донных и береговых грунтов, естественного и искусственного льда, обломков скал, камня и т.п. Искусственные острова создаются человеком, а не природой.
В программе объемного моделирования Blender созданы трехмерные модели самого острова и его инфраструктуры с заданными параметрами. Полученные 3D-модели подготовлены к печати и распечатаны на 3D принтере Raise3D Pro2.
Создана электрическая схема освещения на макетной плате с помощью электронного конструктора ARDUINO.
Создан графический логотип-эмблема острова.
Обобщенные результаты работы представлены в виде 3D макета, презентации и буклета.
Данная работа дает возможность лучше овладеть компьютерными технологиями, а также в процессе создания моделей визуализировать знания, получаемые на уроках геометрии, информатики, физики. Работа представлена на школьной и городской научно-практических конференциях.
Работа над проектом продолжается. Выполняются вычисления предложенных вариантов экономического обоснования производственной деятельности на острове. Обсуждаются оптимальные инфраструктурные изменения объектов жизнеопеспечения и безопасности на острове.
С помощью нашего проекта возможно решение проблем с загрязнением в океане; разработка и создание новых, эффективных материалов из мусора. Сохранение биологических, минеральных и энергоресурсов. Изучение морского дна. Обучение населения. Привлечение к исследованиям школьников.
Литература и интернет-источники:
Как создают искусственные острова, статья https://zen.yandex.ru/media/id/5ff206675b6d56199ff8d407/kak-sozdaiut-iskusstvennye-ostrova
https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/503007
https://bezotxodov.ru/promyshlennye-othody/utilizacija-promyshlennyh-othodov
https://promzn.ru/utilizatsiya-i-pererabotka/othodov.html
ПРИЛОЖЕНИЕ №1
Логотип-эмблема острова Эколмос
ПРИЛОЖЕНИЕ №2.
Схема острова ЭКОЛМОС
ПРИЛОЖЕНИЕ №3.
Создание трехмерных моделей инфраструктуры острова
в программе объемного моделирования Blender
ПРИЛОЖЕНИЕ №4.
Печать 3D-моделей на 3D-принтере
ПРИЛОЖЕНИЕ №5.
Создание электрической схемы освещения на макетной плате с помощью электронного конструктора ARDUINO
ПРИЛОЖЕНИЕ №6.
ПРИМЕР*
Экономические расчёты
Расходы:
Строительство
Примерная стоимость постройки самого острова = 35 млрд рублей (10 кв. км)
Стоимость строительства промышленного здания = 70 тыс. рублей за 1 квадратный метр
Стоимость строительства научного центра = 30 тыс. рублей за 1 квадратный метр
Стоимость строительства командного центра = 40 тыс. рублей за 1 квадратный метр
Стоимость строительства других зданий = 35 тыс. рублей за 1 квадратный метр
Примерная стоимость постройки причала = 3 500 рублей за 1 квадратный метр
Аппаратура
Стоимость аппаратуры и оборудования для мусороперерабатывающего завода = 9,5 млн рублей
Стоимость аппаратуры научного центра = от 6 млн рублей до 10 млн рублей
Стоимость оборудования командного центра = от 500 тыс. рублей до 1 млн рублей
Проводка электричества/водопровод = 100 рублей за метр/ 1000 рублей за метр
Прокладка канализации = 150 рублей за метр
Проводка газа = 150 рублей за метр
Побочные расходы
Содержание острова = примерно 100 тыс. рублей в месяц
Отправка экспедиций на мусорный остров = 35400 рублей на поездку
Доходы
От продажи вторсырья:
Макулатура = 2 тыс. рублей за тонну
Полимерные отходы = 10 тыс. рублей за тонну
Стеклобой = 2 тыс. рублей за тонну
Текстильные отходы = 3,5 тыс. рублей за тонну
Лом медный = 25 тыс. за тонну
Лом алюминиевый = 20 тыс. за тонну
От научных исследований = примерно 90 тыс. рублей в месяц
Дополнительные расчеты
Без выплаты инвесторам доход острова: 1 780 000 рублей
После выплаты инвесторам доход острова: 1 637 600 рублей
Финансовая «подушка безопасности»: 300 тыс. рублей
Площадь места проживания обслуживающего персонала: 500 м2
Стоимость постройки: 17 500 000 рублей
Площадь завода: 500 м2
Стоимость двух заводов: 980 000 000 рублей
Перерабатывающая способность: 20 тыс. тонн в год
Площадь научного центра: 2тыс м2
Стоимость постройки: 60 000 000 рублей
Площадь командного центра: 700 м2
Стоимость постройки командного центра: 28 000 000 рублей
Площадь больницы: 769 м2
Стоимость постройки: 26 915 000 рублей
Площадь одного причала: 9 750 м2
Общая стоимость постройки шести портов: 204 750 000 рублей
Стоимость электростанций и фильтров для воды: 200 000 000 рублей
Постройка очистной станции: 1 359 000 рублей
Общие затраты на всё: 36 536 774 000 рублей
*Пример расчетов для строительства инфраструктуры острова площадью 10 квадратных километров на 2 тыс населения (сотрудники, туристы и т.д.).
ПРИЛОЖЕНИЕ №7.
Представление итогов работы над проектом
ПРИЛОЖЕНИЕ №8.
Авторы проекта: «Дом у нас один, берегите планету!»