XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Очищение воздуха с помощью водорослей
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
С началом индустриализации общества появились различные фабрики, заводы и транспортные средства, выбросы которых загрязняют атмосферу и окружающую среду из-за большого содержания углекислого газа. Сегодня эта проблема достигла огромных масштабов. Выявление заболеваний органов дыхания, вымирание животных и разрушение озонового слоя земной атмосферы – всё это, напрямую или косвенно, связано с выбросом CO₂.
Цель проекта – разработать идеи по созданию системы очистки воздуха, которая использует водоросли в качестве фильтрующего вещества, но будет более эффективной по сравнению с существующими аналогами.
Актуальность. Углекислый газ очень вреден для атмосферы и человека. Это понимают учёные и стремятся создать устройство, способное уменьшить выбросы CO₂. Следовательно, актуальность подобных проектов в ближайшем будущем будет оставаться высокой.
Поскольку углекислый газ выделяется от автомобилей, которые движутся по крупным городским дорогам, я предлагаю разместить системы очистки над этими дорогами. Подобное решение предложила компания CloudCollectiveи построила опытный образец в Женеве (рис. 1).
Эта система иллюстрирует выражение “Всё гениальное - просто”. В замкнутой системе прозрачных труб циркулируют водоросли с водой.
Выхлопные газы засасываются в эту систему. С помощью насосов загрязнённый воздух проходит по трубам. CO₂ поглощается водорослями. Так как трубы прозрачные, через них проходит солнечный свет, способствующий процессу фотосинтеза. В результате водоросли выделяют чистый воздух, который выходит из системы.
Рисунок 1 – графическое представление идеи проекта
Система состоит из водорослей, изогнутых прозрачных труб, насосов, которые будут осуществлять забор загрязнённого воздуха и его циркуляцию, резервуара с водой и питательных сосудов, в которых производится изъятие излишней массы водорослей (рис. 2). Стоимость такого проекта невысокая, но польза от него будет колоссальной. К тому же, подобные системы можно установить на промышленных предприятиях, а точнее возле дымовых труб.
Да, обслуживание подобных систем будет стоить больше, но выбросы углекислого газа заметно уменьшатся.
Рисунок 2 – упрощенная схема работы установки
Кроме основной цели – очистки воздуха, можно реализовать побочные. Например, излишки водорослей можно использовать в качестве материала для биотоплива и косметических средств.
Ещё одна важная часть системы – сами водоросли. Я провёл несколько опытов по выращиванию водорослей в трубах. По результатам опыта был сделан вывод, что наилучшим вариантом для применения в подобных очистителях является спирогира.
Рисунок 3 – спирогира в естественных условиях
Эта водоросль способна лучше произрастать за счёт впитывания промышленных выбросов. К тому же, этот род обитает в горячих источниках и в Антарктиде, то есть в условиях высокой и крайне низкой температур.
Но не стоит думать, что подобные технологии имеются только в развитых европейских странах. В России с 2019 года действует проект “Чистый воздух”.
Основная задача проекта – до 2024 года снизить выбросы в атмосферу на 22% от показателей 2019 года. Сейчас этот проект реализован в таких городах, как Братск, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Медногорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Норильск, Омск, Челябинск, Череповец и Чита.
Одно из условий проекта – модернизация устаревшей системы слежения за качеством воздуха в городах. В каждом из 12 промышленных городов – участников создадут информационную систему мониторинга: помимо сбора информации, она будет автоматически рассчитывать и оценивать риски вредных веществ для здоровья человека. В Братске, например, модернизируют пять наблюдательных постов Росгидромета, которые действуют с 1970-х годов. На постах установят автоматическое оборудование с возможностью проводить измерения состояния воздуха каждые 20 минут. В частности, новое лабораторное оборудование позволит исследовать воздух на содержание пыли, диоксида серы и азота, озона, оксида углерода и азота. В перспективе и промышленные предприятия будут вести открытый онлайн-мониторинг вредных выбросов в атмосферу. Одновременно в стране создаются правовые механизмы, которые обязывают промышленников и транспортников снижать уровень загрязнения.
Система реализации несколько другая, а именно усиление контроля за выбросами. Но цель проекта “Чистый воздух” такая же, как и у Cloud collective – уменьшение выбросов CO₂.
Но это то, что касается промышленных выбросов. Есть ли что-то подобное для транспорта?
Некоторые крупные автопроизводители дополняют штатные системы функцией очистки и многоуровневыми фильтрами.
Но это всё ещё фишка моделей среднего и высокого сегмента. Что же делать тем, у кого нет возможности купить автомобиль за несколько миллионов? Ответ дали японские инженеры Panasonic, которые сделали портативный генератор на базе технологии nanoe™Х. Согласно последним исследованиями, она с эффективностью выше 90% (по разным типам загрязнений) нейтрализует вирусы, бактерии, грибки, запахи, аллергены и твердые частицы PM2.5.
Генератор nanoe™ собирает влагу из воздуха и под воздействием высокого напряжения производит особые частицы, которые разрушают белки вирусов, бактерий и загрязнений. Кроме того, частицы nanoe™ обеспечивают увлажнение и защиту кожи и волос.
Прибор компактен (масса всего 400 гр), поэтому его можно взять с собой куда угодно, не только в автомобиль. Но и здесь он идеально встает в подстаканник и может питаться как от бортового USB, так и от любого другого USB Type-C порта (в ноутбуке, пауэрбанке и т.д.).
Внутри кроме генератора находится вентилятор, который выдувает наружу воздух, заряженный частицами nanoe™. Для ускоренной обработки салона генератор можно поставить под штатный кондиционер автомобиля.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В мире существует много систем очистки воздуха от вредных примесей, среди которых главную опасность для человечества и экологии представляют большие выбросы углекислого газа, твердых пылевидных наночастиц и опасных химических компонентов. Объединяя существующие порознь современные технологии можно не просто создать высокоэффективную установку, способную заменить существующие системы фильтрации, а разработать целую мини фабрику способную производить множество полезных продуктов из перерабатываемого сырья. При должном подходе, проект будет недорогим, но очень эффективным. Материалы для создания работающего образца легкодоступны. Область применения – очищение воздуха возле промышленных зданий и автомагистралей. Излишнюю массу водорослей (в данном случае, спирогиры) можно использовать в медицине, инженерии и производстве косметических средств.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1) Елена. В ШВЕЙЦАРИИ НАД ШОССЕ ПОСТРОЕНА ФЕРМА ПО ВЫРАЩИВАНИЮ ВОДОРОСЛЕЙ, КОТОРАЯ ОЧИЩАЕТ ВОЗДУХ / Елена / Vzavtra. net // - https://www.vzavtra.net/stroitelnye-texnologii/v-shvejcarii-nad-shosse-postroena-ferma-po-vyrashhivaniyu-vodoroslej-kotoraya-ochishhaet-vozdux.html 09.11.2014.
2) автор неизвестен. Бич пресных водоемов от аквариумов до горных озер — нитчатая водоросль спирогира / РыбкиПро // - https://rybkipro.ru/rasteniya/nitchataya-vodorosl-spirogira 12.07.2021.
3) Берёзкин М. Свежесть и чистота воздуха напрямую влияют на качество нашей жизни. Но дышать полной грудью хочется не только в горах Швейцарии, но и в собственном доме, и на пути к нему. / М. Берёзкин // Колёса.ру - https://www.kolesa.ru/article/chistyy-vozdukh-v-odin-klik-kak-nanotekhnologii-delayut-zhizn-komfortnee
4) автор неизвестен. Чистый воздух / Нац. Проект “Экология” // - https://ecologyofrussia.ru/proekt/chistyj-vozduh/ 27.08.2019