XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Сбор использованных батареек: имеющийся опыт и предложения
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Одним из главных современных проблем человечества является загрязнение окружающей среды.
Экологическая проблема - это изменение природной среды в результате деятельности человека, ведущее к нарушению структуры и функционирования природы. Это проблема антропогенного характера. Иначе говоря, она возникает вследствие негативного воздействия человека на природу.
В настоящее время большая часть человечества просто потребительски относится к щедрым дарам природы, разрушая то, что планета берегла миллионы лет. Но всему есть предел, и наша сегодняшняя экология тому показатель. Бурное развитие промышленности, появление новых синтетических материалов и бездумное использование природных ресурсов людьми привело к тому, что экологическая обстановка планеты неуклонно ухудшается.
И проблемы экологии приняли глобальные масштабы.
Результаты человеческой деятельности привели к тому, что все оболочки Земли (биосфера, атмосфера, геосфера и аквасфера) просто пропитаны промышленными, бытовыми и химическими отходами. В результате пагубных воздействий атмосфера, которая дает нам воздух, накапливает канцерогенные и аллергенные вещества, диоксидсеры, оксиды азота. Кроме того, разрушается озоновый слой, «щит» от ультрафиолетовых лучей, повышенная доза которых вызывает онкологические заболевания. Загрязнение почвы и воды приводит к тому, что вымирают виды и целые экосистемы, которые поддерживают жизненный баланс планеты. Гибнут животные и рыбы, которые вынуждены жить в отравленной среде и питаться отравленной пищей.
Для решения экологических проблем необходимо развитие у всех людей нового мышления, преодоления стереотипов технократического мышления, представлений о неисчерпаемости природных ресурсов и непонимания нашей абсолютной зависимости от природы. Безусловным условием дальнейшего существования человечества является соблюдение экологического императива как основы экологически безопасного поведения во всех сферах. Необходимо преодоление отчуждения от природы, осознание и реализация личной ответственности за то, как мы относимся к природе (за сбережение земли, воды, энергии, за охрану природы).
Вопросами экологии на сегодняшний день занимаются все страны мира, созданы многочисленные организации и фонды, направленные на решение этой проблемы. Однако, планета продолжает загрязняться, ухудшается состояние воды, воздуха и всего природного, что нас окружает.
Практически всё, чем пользуются люди, приводит к загрязнению планеты. В данной работе будет рассматриваться один из таких источников загрязнения - это бытовые батарейки.
БАТАРЕЙКИ: НЕОБХОДИМОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ВРЕД ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Появление батареек в жизнедеятельности человека.
Батарейка – это гальванический элемент, представляющий собой компактный автономный источник постоянного тока.
Что бы мы делали без этих «палочек-выручалочек», которые позволяют нам пользоваться электричеством там, где нет никаких розеток и проводов! Мы берем с собой в лес фонарик, слушаем музыку на пляже, в поездке у нас всегда под рукой фотоаппарат, а малыши выносят на улицу движущиеся игрушки…И везде работают батарейки!
Электрический ток в нём появляется из-за химического воздействия веществ.
Впервые этот способ получения электричества был придуман знаменитым итальянским физиком Алессандро Вольта. Именно в честь него была названа единица измерения электрического напряжения – 1 вольт.
А название «гальванический элемент» дано в честь итальянского физиолога Луиджи Гальвани из Болоньи. Еще в 1791 году он сделал важное наблюдение – только не сумел его правильно истолковать. Гальвани заметил, что тело мертвой лягушки вздрагивает под действием электричества - если положить его возле электрической машины, когда оттуда вылетают искры. Или если оно просто прикасается к двум металлическим предметам. Но Гальвани подумал, что это электричество есть в теле самой лягушки. И назвал это явление «животным электричеством». Вольта повторил опыты Гальвани, но с большей точностью. Он заметил, что если мертвая лягушка касается предметов из одного металла - например, железа - никакого эффекта не наблюдается. Чтобы эксперимент прошел успешно, всегда требовались два разных металла. И Вольта сделал вывод - появление электричества объясняется взаимодействием двух различных металлов, между которыми образуется (с помощью проводника, которым и оказывалось в опытах Гальвани тело лягушки) химическая реакция.
После множества опытов с разными металлами Вольта сконструировал столб из пластинок цинка, меди и войлока, смоченного раствором серной кислоты.
И в итоге столб (Вольтов столб) оказывался заряженным на нижнем конце положительным, а на верхнем - отрицательным электричеством.
Известен «день рождения батарейки» - 20 марта 1800 года.
А теперь возьмите обычную батарейку и посмотрите: вы увидите, что на одном ее конце нарисован плюс, а на другом – минус. Это почти тот же самый «Вольтов столб». Только за двести лет он стал гораздо меньше. Первый-то, сделанный Алессандро Вольтой, был высотой в полметра. Представьте такую огромную батарейку!
Это изобретение стало сенсацией –– о нем говорили, что «это снаряд, чудеснее которого никогда не изобретал человек, не исключая даже телескопа и паровой машины». Ведь это был первый в истории химический источник тока, пригодный для практического применения.
Другие важные даты в истории развития батареек:
1865 год – французский ученый Ж. Л. Лекланше разработал марганцово-цинковый элемент с соляным раствором.
1880 год – Ф. Лаланд усовершенствовал изобретение своего соотечественника, используя загущенный электролит.
40-е года XX века – были разработаны серебряно-цинковые элементы.
50-е года XX века – появились марганцово-цинковый элемент со щелочным раствором, также ртутно-цинковые элементы.
60-е года XX века – началось производство воздушно-цинковых батареек.
70-е года XX века – впервые были использованы литиевые источники тока.
Содержание батареек
Любая батарейка состоит из: анода; катода; электролита. В основе любого источника тока лежит простая схема: анод-катод, а между ними электролит. За счет различной природы материала анода и катода, при их погружении в электролит возникает разность потенциалов – напряжение, из-за чего и возникает электрический ток. Химические источники тока носят свое название из-за природы возникновения тока: химическая энергия активных веществ непосредственно превращается в электрическую энергию. Они делятся на две группы – первичные и вторичные. В первичных источниках тока (батарейках) процесс протекает необратимо. К вторичным источникам тока относят аккумуляторы, их можно заряжать, после того как они себя исчерпают.
На виды батарейки делятся в зависимости от того, какие материалы используются для изготовления их активных компонентов (анод, катод, электролит).
Из всех видов батареек можно выделить пять наиболее широко применяющихся видов: солевые батарейки; щелочные батарейки; ртутные батарейки; серебряные батарейки; литиевые батарейки. Среди бытовых элементов питания самыми распространенными являются солевые и щелочные батарейки.
Вред батареек
Вред батареек обусловлен наличием в них тяжелых токсических металлов и их соединений. Наиболее значителен вред батареек, содержащих кадмий. Кадмий принадлежит к ряду токсичных (иммунотоксичных, нейротоксичных) металлов. Его соединения относятся к 1 группе безусловных канцерогенов. Токсическое действие его проявляется даже при невысоких концентрациях. Обладает способностью накапливаться в организме.
Отравление кадмием вызывает:
Кардиопатию — поражение миокарда.
Эмфизему легких — растяжение альвеол и нарушение обмена кислорода и углекислого газа.
Остеопороз — снижение прочности костей.
Анемию — снижение концентрации гемоглобина в крови.
Дефицит кальция, цинка, железа, меди, селена в организме.
В первую очередь, происходит поражение органов мочеполовой системы в виде простатопатии (аденома, предонкологические и онкологические заболевания предстательной железы) и нефропатии — поражение паренхимы и клубочкового аппарата почек.
Происходит, также, снижение активности пищеварительных ферментов, поражение печени снижение образования гликогена в ней, снижение уровня тестостерона. При высоком содержании кадмия в крови поражается слух.
Отравление происходит при попадании в организм через желудочно-кишечный тракт и дыхательные пути.
Конечно, все эти ужасы маловероятны в быту и характерны для производств, в которых люди заняты изготовлением аккумуляторов или красителей.
Но дело в том, что громадное количество кадмия поступает в окружающую среду, например, через сточные воды (попадая, впоследствии, в водопроводную воду), минеральные удобрения (накапливается в растениях), выхлопные газы (загрязняя воздух), промышленные и бытовые отходы (в том числе и не утилизированные элементы питания).
Ежегодно в мире производится около 1000 тонн кадмия, утилизируется из которых всего около 10%. Значительная часть кадмия поступает в организм с табачным дымом, так как табак склонен к накоплению кадмия из почвы. Если учесть перечисленные факторы, добавить кадмий от разгерметизированной батарейки в доме то отравление вполне вероятно.
Вред батареек, содержащих ртуть на сегодняшний день значительно снизился, так как в большинстве стран они уже не производятся. Но поступление их к нам из стран, где они производятся исключить нельзя. Из-за своей эффективности в работе они используются для питания часов и других приборов. Такой источник питания, оставленный разгерметизированным в доме, может стать источником загрязнения. Производитель, иногда, указывает, что ртуть при производстве не применяется. Об этом может свидетельствовать надпись —«Меркурия — 0%».
Но в производстве батареек используются не только ртуть и кадмий.
Вред батареек заключается еще и в том, что в качестве добавок в них, в незначительных количествах, применяются и другие тяжелые металлы, и их соединения. Добавки эти используются для замедления окисления электродов, повышения проводимости электролита или для замедления отложения чистого восстановленного металла на электродах.
Такие добавки присутствуют и в объявленных безопасными литиевых и никель-металл-гидридных батарейках.
Добавки включают в себя такие металлы и их соединения:
Хром. Токсичен в чистом виде. Соединения хрома вызывают дерматиты, могут вызывать онкологические заболевания.
Висмут. В обычных условиях мало токсичен. Но в присутствии некоторых веществ (молочной кислоты или глицерина) соединения висмута могут вызвать тяжелые отравления.
Ванадий. При воздействии токсических доз ванадия возможны местные реакции кожных покровов, слизистых оболочек глаз, дыхательных путей. Могут вызываться аллергические реакции, лейкопения, анемия. Токсическая доза 0,25 мг., летальная — 4 мг.
Индий. Растворимые соединения индия поражают внутренние органы, вызывают раздражения глаз и кожи. Предельно допустимые концентрации индия в воздухе 0,1 г/м.куб.
Свинец. Токсичность свинца общеизвестна.
Кроме тяжелых токсичных металлов и их соединений в батарейках, в качестве электролита, используются гидроокиси активных металлов — щелочи. Это едкие, агрессивные химические соединения вызывают повреждение живых тканей (и не только живых) при попадании на них из протекших батареек.
Мы не можем визуально определить вред батареек, их опасность, так как не знаем, что, из перечисленного, вложено производителем в нашу батарейку.
Поэтому все батарейки должны считаться потенциально опасными. Это не игрушка для детей. И им не место в игрушках. А миниатюрную батарейку, «таблетку», ребенок может просто проглотить.
Батарейки нельзя хранить в открытом виде, а после использования их необходимо утилизировать. Именно утилизировать. Не сжигать, потому, что при сжигании токсические вещества не уничтожаются, а возгоняются или остаются в золе, добавляя загрязнение в окружающую нас среду и усугубляя вред батареек. А загрязнение вернется к нам с водой, пищей и вдыхаемым воздухом.
Опыт сбора использованных батареек: что получилось, а что нет
В России до недавнего времени были только компании, которые занимались сбором и хранением батареек, такие есть практически в каждом регионе.
Известны две крупные организации:
Челябинский завод по переработке литиевых батареек «Мегаполисресурс», где проводится полноценная утилизация батареек с получение сырья, пригодного к повторному применению.
Московский «Экоцентр» МГУП «Промотходы», принимает батарейки для полноценной дальнейшей переработки; применяют вакуумную технологию, позволяющую контролировать вредные выбросы при измельчении батареек.
Имеет место парадоксальная ситуация!!! Для полной загрузки мощностей на данных предприятиях не хватает сырья, т.е. использованных батареек!! Как так может быть, учитывая, что продаются батарейки практически в каждом магазине (даже в продуктовых), а на переработку и утилизацию поступает лишь малая часть… Проблема заключается, в первую очередь, в экологической несознательности каждого человека, а также в том, что даже сознательным людям порой негде сдать использованные батарейки.
Рассмотрим, как осуществляется сбор использованных батареек?
1. Контейнер для сбора батареек можно найти во многих магазинах (Леруа Мерлен, Вкусилл и супермаркетах электроники (Эльдорадо, МВидео). Однако, маловероятно, что человек, запланировав поход в такой магазин, захватит с собой использованные батарейки, поскольку иногда в магазин попадаешь спонтанно, а носить с собой на «всякий случай» в кармане или сумке мало кто будет. Очень часто встречается, что такие магазины прекращают прием батареек, либо на время, либо навсегда. Человек, не зная такую информацию, принесет батарейки, их не принимают, и какие будут его действия? Он выкинет в ближайший мусорный ящик. Пункты приема батареек в магазинах и супермаркетах закрыты. Какие причины закрытия пунктов приема в магазинах: не выгодность для собственников этих магазинов, оформление и согласование в госорганах разрешений на прием и т.п.
2. Коммунальные службы устанавливают на общих придомовых «мусорках» контейнеры для сбора. Например, такие контейнера были установлены в большинстве районов Екатеринбурга начиная с 2013 г., предназначались для сбора батареек/термометров/лампочек. В региональных новостях тогда сообщили «дуальный (раздельный) сбор мусора полностью войдет в привычку к 2016 году, максимум – к 2017-му, когда закончится реализация соответствующей программы, и "на чемпионат мира по футболу мы уже выйдем с дуальным сбором и будем думать о других новшествах".
Однако, на сегодняшний день таких контейнеров нет нигде. У нашего дома он простоял не более полугода! Сначала в этот контейнер хулиганы кидали бытовой мусор, а потом просто сломали вандалы, на замену второй ставить уже не стали. Прошло некоторое время, произошли изменения в законодательстве, регулирующем сбор сырья, и коммунальщики вынуждены были убрать и все оставшиеся контейнеры с мест установки.
3. Батарейки (и не только) принимают специализированные организации по сбору вторсырья. Их адреса размещены в экологических сайтах (например, экологический портал www.kudagradusnik.ru, www.reo.ru). Условия приема необходимо уточнять по телефонам. В процессе работы над данным проектом мы позвонили в такие организации и выяснили следующее:
- некоторые из указанных пунктов приема НЕ принимает батарейки (в частности, ЕМУП СПЕЦАВТОБАЗА в Екатеринбурге, поскольку организация как раз таки специализирующаяся на сборе и утилизации мусора).
- не все адреса пунктов приема, как правило, непосредственно прием осуществляется по другим адресам этих компаний.
Администраторам сайтов необходимо проверять актуальность информации, а человеку, пожелавшему сдать батарейки, обязательно предварительно позвонить в указанные пункты приема.
В одной из таких компаний (Спецавтоком Утилизирующая компания г. Екатеринбург) сообщили, что компания периодически организует мобильные пункты приема по разным адресам и информацию о таких акциях распространяют по соцсетям.
4. Контейнеры устанавливают в подъездах домов, как правило, на первом этаже, желательно ближе к стенду, где домоуправляющая (ТСЖ, ЖЭК и т.п.) компания размещает информацию для жильцов. Инициатором такой установки могут выступать как управляющая компания, так и общественные организации или отдельный человек. В последствии собранные батарейки будут сданы в соответствующие пункты приема (описано выше, см. п.3). Так же возможно собирать и на рабочих местах, где использованных батареек намного больше, чем дома.
Такой способ сборки на сегодня более рационален:
- ограничен доступ в жилые подъезды чужих людей, и соответственно, уменьшается риск вандализма;
- жильцам не нужно копить батарейки дома, чтобы потом их «куда-то» сдать;
- жильцам просто необходимо помнить, что есть такой контейнер в подъезде и не кидать батарейки в общий мусор, а выносить их отдельно.
5. Есть вариант отделения батареек от общего мусора на мусоросортировочных заводах (станциях). Эти заводы специально создаются для сортировки полезной фракции (т.е. то, что можно продать как вторсырье) из общей массы мусора. Сортируется бумага, пластик, металл. На имеющихся заводах нет линий (механизмов), отделяющих непосредственно батарейки из общей массы. Эту сортировку приходится выполнять вручную работникам таких заводов. Выражаем надежду, что собственники и руководители таких заводов ставят такую задачу рабочим!
В больших городах имеются решения для сдачи использованных батареек. Однако, этот вопрос не до конца решен в малых городах и в сельской местности. Довольно часто мусор частного сектора от жизнедеятельности люди вывозят в леса, в овраги, вываливают у берега водоемов, иногда сжигают. А ведь именно из сельской местности поступает основная масса различных продуктов питания, и риск заражения воды и почвы вредными элементами в такой ситуации с мусором максимален!
Установку специализированных контейнеров в центральных местах сбора (администрация поселения, клуб, магазин, библиотека) жителей городских и сельских поселений, считаем максимально удобным, с одновременным проведением разъяснительной работы с населением. Такую обязанность на себя берет администрация поселений и общественные организации поселков. Так, к примеру, в п. Старопышминск Свердловской области специализированные контейнеры размещены в магазинах сети «Флагман», администрации поселка, магазин сети «Пятерочка», что позволяет жителям в любое время сдать на утилизацию использованные батарейки.
Зарубежный опыт по данному вопросу.
В Евросоюзе вопрос, куда необходимо утилизировать батарейки, не поднимается. Контейнеры для батареек расставлены во всех магазинах и учреждениях. В стоимость новых элементов питания изначально заложен определенный процент с учетом утилизации, и приобретая новые изделия, покупатель может рассчитывать на скидку, если сдаст старые!!!! В Европе, в общей сложности, работает не менее 40 перерабатывающих предприятий, которые утилизируют до 45% всех химических источников питания. В США пункт приема, куда можно выкинуть использованные батарейки, есть при каждом магазине, который осуществляет их продажу. Сбор и переработка элементов возложена на продавцов и дистрибьюторов соответствующей продукции, а финансировать все необходимые мероприятия обязаны производители. Количество ежегодно перерабатываемых элементов питания в США составляет до 60%. В Австралии самый высокий показатель утилизации батареек – количество переработанных элементов питания достигает 80%.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Экологическая ситуация в мире становится проблемной с каждым годом. Большая часть человечества данный факт осознаёт. На уровне межгосударственных институтов (ООН, ЮНЕСКО, Гринпис), а также общественные организации и государственные органы в каждой стране (например, Всероссийское общество охраны природы (ВООП)) занимаются поиском решений по сохранению планеты для проживания.
Вред окружающей среде, значит, и человеку причиняется практически от всего, что является продуктом промышленного производства (пластик, выхлопные газы от машин, дым от заводов\фабрик, радиация и т.п.).
В данном проекте автор рассмотрела вред от использованных батареек. Выяснили, что просто выбросить в мусорную урну использованные батарейки нельзя, так же нельзя их сжигать, и разбирать. Нашу современную жизнь невозможно представить без них, и каждому из нас следует проявить сознательность!
Советы по применению батареек для уменьшения их экологического вреда:
- Рекомендуется отдавать предпочтение такой технике, которая не нуждается в использования батареек: продукты, работающие от сети, от альтернативных источников энергии или от ручного завода.
- Следует покупать батарейки, которые можно заряжать заново.
- Покупать нужно батарейки с надписью «без кадмия», «без ртути».
- Запрещается выбрасывать батарейки в корзину общего мусора, нужно складировать отдельно для последующей сдачи!!!!
- Если нет возможности отнести батарейки в пункты сбора их рекомендуется копить в пластиковой закрытой таре, желательно, не в доме, до лучших времен.
- Поиск единомышленников для сбора использованных батареек поможет очистить планету и также создать ответственность за собранный груз. К тому же, так появится большая возможность вывезти батарейки на утилизацию.
Из всех рассмотренных способов сбора батареек считаем наиболее удобным их сбор в небольшие контейнеры в каждом доме, подъезде или в местах, недалеких от дома, и желательно, чтобы такие контейнеры были под присмотром. Далее эти контейнеры необходимо сдавать в специализированные компании, они есть в каждом большом городе.
Такое же рекомендуем сделать и в школе.
Всем надо понимать свою личную ответственность за окружающую среду и не уповать, что это не его дело, не его забота и т.п.
Пока еще человечество в состоянии решать экологические проблемы!
Какие условия необходимы для этого?
Единство доброй воли всех жителей планеты в проблеме выживания.
Установление мира на Земле, прекращение войн.
Прекращение разрушительного действия современного производства на биосферу (потребление ресурсов, загрязнение среды, уничтожение природных экосистем и биоразнообразия).
Разработка глобальных моделей восстановления природы и научно обоснованного природопользования.
Проявление сознательности каждого человека во всех жизненно важных аспектах.