Μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων νέα πηγή «παντοτινής χημικής» ρύπανσης

 Μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων που εκπλήσσουν με τη νέα πηγή «παντοτινής χημικής» ρύπανσης

Οι επιστήμονες έχουν αποκαλύψει μια νέα πηγή επικίνδυνης «παντοτινής χημικής» ρύπανσης της κατηγορίας χημικών ουσιών PFAS: τις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου που βρίσκονται στα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα.

Ορισμένες τεχνολογίες μπαταριών ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν μια κατηγορία χημικών ουσιών PFAS ή ανά και πολυφθοριωμένες αλκυλικές ουσίες, που βοηθούν να γίνουν οι μπαταρίες λιγότερο εύφλεκτες και να μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια.

Οι επιστήμονες βρήκαν υψηλά επίπεδα αυτών των PFAS σε δείγματα αέρα, νερού, χιονιού, εδάφους και ιζημάτων κοντά σε φυτά που παράγουν αυτές τις χημικές ουσίες στις ΗΠΑ, το Βέλγιο και τη Γαλλία, σύμφωνα με μια μελέτη στο  περιοδικό Nature Communications.

Τα PFAS είναι γνωστά ως «παντοτινές χημικές ουσίες» επειδή συσσωρεύονται γρήγορα στο περιβάλλον, τους ανθρώπους και τα ζώα και δεν διασπώνται για χιλιάδες χρόνια. Έχουν συνδεθεί με μια σειρά από συνθήκες υγείας, συμπεριλαμβανομένης της ηπατικής βλάβης, της υψηλής χοληστερόλης, του χαμηλού βάρους γέννησης και της χρόνιας νεφρικής νόσου.

Τα ευρήματα υπογραμμίζουν πώς η μετάβαση σε καθαρότερα αυτοκίνητα και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι το κλειδί για την επίλυση της κλιματικής κρίσης, αλλά έρχεται με το δικό της σύνολο συμβιβασμών που εξακολουθούν να αναδύονται και να μην έχουν μελετηθεί.

Ενώ οι επιπτώσεις στο περιβάλλον και την υγεία από την εξόρυξη λιθίου και άλλων ορυκτών που χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες, ηλιακούς συλλέκτες, ανεμογεννήτριες και άλλες τεχνολογίες είναι καλά τεκμηριωμένες, μόνο τώρα οι ερευνητές αποκαλύπτουν μπαταρίες ιόντων λιθίου ως πηγή ρύπανσης PFAS.

«Η μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα με καινοτομίες όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι κρίσιμη, αλλά δεν πρέπει να συνοδεύεται από την παρενέργεια της αύξησης της ρύπανσης από PFAS», δήλωσε η Jennifer Guelfo, αναπληρώτρια καθηγήτρια περιβαλλοντικής μηχανικής στο Texas Tech University και συν-συγγραφέας της μελέτης.

Είναι ένα ζήτημα παγκόσμιας ανησυχίας επειδή οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται παγκοσμίως, ανέφερε η μελέτη. Η ίδια κατηγορία PFAS εντοπίστηκε πρόσφατα σε χαμηλά επίπεδα στα ευρωπαϊκά και κινεζικά ύδατα, αλλά η πηγή της ρύπανσης ήταν ασαφής.

Η συγκεκριμένη κατηγορία PFAS που βρήκε η ομάδα του Guelfo ονομάζεται bis-perfluoroalkyl sulfonimides, ή bis-FASIs. Οι επιστήμονες εξέτασαν περισσότερες από δώδεκα μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά οχήματα και ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, όπως φορητούς υπολογιστές, και βρήκαν bis-FASI σε διάφορες συγκεντρώσεις.

Είναι δύσκολο να γνωρίζουμε πόσο διαδεδομένες είναι οι χημικές ουσίες σε συγκεκριμένες μπαταρίες ιόντων λιθίου, επειδή δεν υπάρχει ακόμη αρκετή έρευνα, δήλωσε ο Lee Ferguson, αναπληρωτής καθηγητής περιβαλλοντικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Duke και συν-συγγραφέας της μελέτης.

Ο Guelfo δήλωσε ότι τα bis-FASI είναι συγκρίσιμα με τις «παλαιότερες διαβόητες» χημικές ουσίες όπως το PFOA, εν μέρει επειδή είναι εξαιρετικά δύσκολο να αποικοδομηθούν και μελέτες δείχνουν ότι οι χημικές ουσίες αλλάζουν τη συμπεριφορά των υδρόβιων οργανισμών σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Το PFOA έχει καταργηθεί σταδιακά από την παραγωγή στις ΗΠΑ, αλλά συνεχίζει να μολύνει το πόσιμο νερό.

 

Η μελέτη ήταν η πρώτη αξιολόγηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της χρήσης bis-FASI σε μπαταρίες ιόντων λιθίου. Οι επιδράσεις των bis-FASI στους ανθρώπους δεν έχουν μελετηθεί ακόμα.

Οι επιστήμονες ανίχνευσαν χημικές ουσίες bis-FASI σε μέρη ανά δισεκατομμύριο επίπεδα - πολύ υψηλότερα από τα όρια  που έθεσε η Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος για τα PFAS στο πόσιμο νερό τον Απρίλιο. Οι στρατηγικές για να απαλλαγούμε από τα PFAS στο πόσιμο νερό μπορούν επίσης να αφαιρέσουν τα bis-FASIs, ανέφερε η μελέτη, η οποία θα πρέπει να υιοθετηθεί ευρύτερα λόγω των κανονισμών της EPA. Ωστόσο, οι κατασκευαστές χημικών και ορισμένες επιχειρήσεις ύδρευσης αμφισβήτησαν τον οργανισμό στο δικαστήριο.

Υπάρχουν και άλλες οδοί έκθεσης σε bis-FASI. Τα δεδομένα για τις ατμοσφαιρικές εκπομπές υποδηλώνουν ότι οι χημικές ουσίες μπορούν να ταξιδέψουν σε περιοχές μακριά από τις εγκαταστάσεις παραγωγής. Μπορούν επίσης να διαρρεύσουν στο περιβάλλον από χώρους υγειονομικής ταφής, όπου καταλήγει η πλειοψηφία των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Η μελέτη ανέφερε ότι μόνο περίπου το 5% των μπαταριών ιόντων λιθίου ανακυκλώνονται και μέχρι το 2040, θα μπορούσαν να υπάρχουν περίπου 8 εκατομμύρια τόνοι αποβλήτων μπαταριών ιόντων λιθίου.

Ο Guelfo δήλωσε ότι οι επιστήμονες, οι μηχανικοί, οι κατασκευαστές και οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής πρέπει να αναπτύξουν τεχνολογία μπαταριών και λύσεις ανακύκλωσης που δεν επιδεινώνουν τη ρύπανση PFAS.

«Πρέπει να αξιολογήσουμε προσεκτικά αυτές τις χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται σε υποδομές βιώσιμης ενέργειας», δήλωσε ο Guelfo. «Θα πρέπει να τα αξιολογήσουμε τώρα πριν γίνει ένα πιο διαδεδομένο πρόβλημα. Έχουμε την ευκαιρία να μεγιστοποιήσουμε πραγματικά την ιδέα της βιωσιμότητας».

Εταιρείες όπως η 3M, η Solvay και η Arkema είτε κατέχουν διπλώματα ευρεσιτεχνίας για bis-FASI είτε διαφημίζουν την παραγωγή ή τη χρήση τους, ανέφερε η μελέτη. Οι επιστήμονες εστίασαν την έρευνά τους σε περιοχές κοντά στα εργοστάσια παραγωγής των εταιρειών στη Μινεσότα, το Κεντάκι, την Αμβέρσα του Βελγίου και το Salindres της Γαλλίας.

Η 3M κατασκευάζει PFAS εδώ και δεκαετίες και πέρυσι συμφώνησε σε διακανονισμό ύψους 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων με πόλεις και κωμοπόλεις των ΗΠΑ σχετικά με τους ισχυρισμούς τους ότι η εταιρεία μόλυνε το πόσιμο νερό με χημικά για πάντα. Η 3M δήλωσε ότι θα αποχωρήσει από όλη την παραγωγή PFAS μέχρι το τέλος του 2025.

Ο διακανονισμός της εταιρείας ακολούθησε μια άλλη συμφωνία των Chemours, DuPont και Corteva να πληρώσουν 1,19 δισεκατομμύρια δολάρια για να βοηθήσουν στην επίλυση χιλιάδων αγωγών.

 Πηγή: https://www.sciencealert.com

 

Μπορούμε να "κλιματίσουμε" την έξοδό μας από την υπερβολική ζέστη; Μέρος Ι: Μια εισαγωγή στον κλιματισμό

Μπορούμε να "κλιματίσουμε" την έξοδό μας από την υπερβολική ζέστη;

Μέρος 1: Μια εισαγωγή στον κλιματισμό

Ο κλιματισμός ήταν αρχικά ένα σύμβολο άνεσης και πλούτου, που απολάμβαναν οι πλούσιοι στα θέατρα και τα πολυτελή σπίτια. Με την πάροδο του χρόνου, καθώς η τεχνολογία προχώρησε και το κόστος μειώθηκε, ο κλιματισμός έγινε πιο προσιτός στο ευρύ κοινό.

Με την υπερθέρμανση του πλανήτη, όμως, ο κλιματισμός έχει μετακινηθεί από πολυτέλεια στο να είναι απαραίτητος για την επιβίωση σε πολλά μέρη. Εάν ζείτε σε υπερβολικά ζεστές περιοχές και το κλιματιστικό σας χαλάσει, η διαμονή στο σπίτι σας μπορεί να είναι αδύνατη και ίσως χρειαστεί να εγκαταλείψετε.

Ο κλιματισμός διαδραματίζει πλέον κεντρικό ρόλο στην προστασία της δημόσιας υγείας σε σπίτια, χώρους εργασίας και δημόσιους χώρους. Αλλά, φυσικά, δεν μπορούν όλοι να τον αντέξουν οικονομικά. Αυτό είναι ένα από τα μεγαλύτερα ζητήματα ισότητας στη συζήτηση για το κλίμα, με ορισμένους να λένε, «θα βασιστούμε στον κλιματισμό» για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής. Αυτό ουσιαστικά εγκαταλείπει τους φτωχότερους στην κοινωνία μας, καθώς και τον κόσμο των ζώων, σε έναν κολασμένα καυτό κόσμο που δεν δημιούργησαν αυτοί.

Δεδομένης της τεράστιας σημασίας του κλιματισμού καλά θα ήταν να δούμε κάποιο υπόβαθρο για την φυσική του κλιματισμού.

 

Θερμικές μηχανές

Στη θερμοδυναμική, μια θερμική μηχανή είναι μια συσκευή που μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε μηχανική εργασία εκμεταλλευόμενη τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ θερμής και ψυχρής δεξαμενής.

Ένας σταθμός ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα είναι ένα παράδειγμα θερμικής μηχανής: Παίρνει θερμότητα από έναν κλίβανο καύσης άνθρακα, τη θερμή δεξαμενή, μετατρέπει μέρος της σε λειτουργία, π.χ. οδηγώντας μια γεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και απορρίπτει το υπόλοιπο της θερμότητας στην ψυχρή δεξαμενή, που είναι το περιβάλλον.

Σημειώστε ότι δεν μπορείτε να μετατρέψετε τη θερμότητα σε εργασία με απόδοση 100%. Αυτό είναι συνέπεια του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής (βλ. παράρτημα). Ο δεύτερος νόμος στην πραγματικότητα μας επιτρέπει να αντλήσουμε ακριβώς πόση από την ενέργεια που εξάγεται από τη θερμή δεξαμενή μπορεί να μετατραπεί σε εργασία:

όπου Th είναι η θερμοκρασία της θερμής δεξαμενής, π.χ. της καμίνου, και Tc είναι η θερμοκρασία της ψυχρής δεξαμενής, συνήθως το περιβάλλον. Συνδέοντας τυπικές τιμές 80F και 600F για μια μονάδα ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα1, έχετε απόδοση περίπου 50%.

Αυτό είναι το καλύτερο που  μπορείτε να κάνετε και, στον πραγματικό κόσμο, δεν μπορείτε να το πετύχετε: Οι πολύ αποδοτικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα τείνουν να είναι περίπου 40% αποδοτικοί. Αυτό σημαίνει ότι, για κάθε 100 Joules ενέργειας από την καύση άνθρακα, παίρνετε 40 Joules ηλεκτρικής ενέργειας. Τα υπόλοιπα 60 Joules είναι απορριπτόμενη θερμότητα που εκτοξεύεται στο περιβάλλον. Αυτή η αναγκαία παραγωγή απορριπτόμενης θερμότητας είναι ο κύριος λόγος για τον οποίο οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί τοποθετούνται συνήθως δίπλα σε ποτάμια ή λίμνες, οι οποίες χρησιμοποιούνται ως αποδέκτες θερμότητας.

 

Κλιματιστικά

Τι σχέση έχει αυτό με τον κλιματισμό; Λοιπόν, ένα κλιματιστικό είναι απλώς μια μηχανή θερμότητας που λειτουργεί αντίστροφα: του δίνετε δουλειά και παίρνει ενέργεια από την κρύα δεξαμενή, το εσωτερικό του σπιτιού σας, και εκτοξεύει την ενέργεια στη ζεστή δεξαμενή, το εξωτερικό του σπιτιού σας.

Η απόδοση ενός κλιματιστικού εκφράζεται συνήθως ως  συντελεστής απόδοσης  (COP): ο λόγος της θερμότητας που αφαιρείται από το εσωτερικό του σπιτιού σας (Qc) προς την εισροή ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση αυτής της θερμότητας (W):

όπου Tc και Th είναι οι θερμοκρασίες μέσα και έξω από το σπίτι και ∆T = Th μείον Tc, η διαφορά μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής θερμοκρασίας. Μπορείτε να σκεφτείτε το COP ως την απόδοση του κλιματιστικού σας

Το σημαντικό αποτέλεσμα εδώ είναι ότι η απόδοση του κλιματιστικού σας μειώνεται όσο αυξάνεται το ∆T - π.χ. καθώς αυξάνεται η εξωτερική θερμοκρασία.

Φωτογραφία Freepik

Αναδιατάσσοντας την παραπάνω εξίσωση, η ενέργεια W που απαιτείται για την απομάκρυνση της θερμότητας Qc από το σπίτι σας είναι ανάλογη με:

 

 Ορισμένοι αριθμοί θα δείξουν τη σημασία αυτού. Εάν το σπίτι σας είναι στους 75F και η εξωτερική θερμοκρασία αυξάνεται από 96F σε 100F, τότε το κλιματιστικό σας πρέπει να καταναλώνει 20% περισσότερη ενέργεια για να αφαιρέσει 1 Joule ενέργειας από το εσωτερικό του σπιτιού σας.

 Για να διατηρήσετε μια σταθερή θερμοκρασία στο σπίτι σας, το κλιματιστικό σας πρέπει να αφαιρεί συνεχώς την ίδια ποσότητα ενέργειας που εισέρχεται στο σπίτι σας. Με άλλα λόγια, η ψύξη (Qc) του κλιματιστικού σας πρέπει να ταιριάζει με την ενέργεια που ρέει στο σπίτι σας.

Αν υποθέσουμε ότι η ενέργεια που ρέει στο σπίτι από τους ζεστούς εξωτερικούς χώρους ρυθμίζεται από τη νευτώνεια ψύξη, τότε  το Qc είναι επίσης ανάλογο με το ∆T, οπότε η έκφρασή μας μειώνεται σε:

Έτσι, η εργασία που απαιτείται για να διατηρήσετε το σπίτι σας σε σταθερή θερμοκρασία Tc αυξάνεται με το τετράγωνο της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ εσωτερικής και εξωτερικής θερμοκρασίας, ΔT².

 

Ο αντίκτυπος στην απαιτούμενη ενέργεια

Σε αυτό το πλαίσιο,  το W είναι ένα μέτρο της ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας που πρέπει να αγοράσετε για να κλιματίσετε το σπίτι σας. Καθώς η εξωτερική θερμοκρασία ανεβαίνει, η ενέργεια που απαιτείται (και το χρηματικό ποσό που πρέπει να ξοδέψετε σε αυτήν) αυξάνεται ως ∆T2.

Ας χρησιμοποιήσουμε τους ίδιους αριθμούς από το προηγούμενο παράδειγμα: θέλετε να κρατήσετε το σπίτι σας στα 75F. Εάν η κλιματική αλλαγή έχει αυξήσει την εξωτερική θερμοκρασία από 96F σε 100F, η ενέργεια που καταναλώνει το κλιματιστικό σας αυξάνεται κατά (100-75)²  / (96-75) ² = 252/212 - αυτή είναι μια αύξηση στην κατανάλωση ενέργειας κατά 42%!

Κατά μέσο όρο για μια ολόκληρη ημέρα, η αύξηση θα είναι μικρότερη από αυτό, επειδή το ∆T είναι μικρότερο για μεγάλο μέρος της ημέρας (π.χ. τη νύχτα) Αλλά το αποτέλεσμα είναι ισχυρό: η κλιματική αλλαγή οδηγεί σε εκθετικά αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας για ψύξη.

 

Μπορούμε να κλιματίσουμε την έξοδό μας από την κλιματική αλλαγή;

Ο κλιματισμός είναι ακριβός και, λόγω της κλιματικής αλλαγής, γίνεται πολύ πιο ακριβός. Οι άνθρωποι με οικονομική ευχέρεια, που εργάζονται σε κλιματιζόμενα γραφεία και ζουν σε σπίτια ελεγχόμενα από το κλίμα, μπορούν να χειριστούν τις αυξανόμενες θερμοκρασίες απλά πληρώνοντας για περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια.

Ωστόσο, ένα σημαντικό μέρος του παγκόσμιου πληθυσμού ζει την καυτή ζωή. Αυτοί οι άνθρωποι ζουν σε σπίτια χωρίς κλιματισμό, εργάζονται σε εξωτερικούς χώρους ή σε αποθήκες ή κουζίνες χωρίς έλεγχο του κλίματος.

Και ακόμη και όταν οι άνθρωποι έχουν πρόσβαση σε κλιματισμό, μπορούν να δυσκολευτούν να το αντέξουν οικονομικά. Αυτό περιγράφεται καλά από τον Jeff Goodell στο μεγάλο άρθρο του στο Rolling Stone  σχετικά με την υπερβολική ζέστη στο Φοίνιξ:

“I am in trouble”: poor people today, everyone tomorrow

Αυτή είναι η πραγματικότητα του κλιματισμού: σπουδαία αν έχετε την οικονομική δυνατότητα, τρομερή αν δεν έχετε. Οποιοδήποτε πραγματικό σχέδιο προσαρμογής που βασίζεται στον κλιματισμό θα απαιτήσει τεράστιες κρατικές δαπάνες για τον κλιματισμό περιοχών που δεν κλιματίζονταν προηγουμένως.

Και δεν υπάρχει τίποτα που να ενδιαφέρει λιγότερο το κοινό του «θα προσαρμοστούμε» από το να πληρώνει για να βοηθήσει τους ανθρώπους να προσαρμοστούν.[i]

 

Πηγή: Andrew Dessler, Can we air condition our way out of extreme heat? part 1: a primer on air conditioning. 08 Ιουλίου 2024

---

[i] Παράρτημα για τους σπασίκλες φυσικής: τι καθορίζει τη μέγιστη απόδοση μιας θερμικής μηχανής;

Γιατί οι μονάδες ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα έχουν μέγιστη απόδοση 50%; Αυτή η μέγιστη απόδοση καθορίζεται από τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, ο οποίος λέει ότι η εντροπία ενός απομονωμένου συστήματος δεν μπορεί να μειωθεί.

Όταν μια θερμική μηχανή αφαιρεί ενέργεια Qh από μια δεξαμενή θερμότητας σε θερμοκρασία Th, η εντροπία της δεξαμενής μειώνεται κατά Qh / Th. Λόγω του δεύτερου νόμου, η εντροπία πρέπει να αυξηθεί αλλού για να εξισορροπηθεί αυτή η μείωση. Αυτό απαιτεί από τον κινητήρα να απορρίψει μια ποσότητα θερμότητας Qc σε μια ψυχρή δεξαμενή σε χαμηλότερη θερμοκρασία Tc, η οποία αυξάνει την εντροπία αυτής της δεξαμενής κατά Qc / Tc.

Προκειμένου ο κινητήρας να λειτουργεί κυκλικά και να μην παραβιάζει τον δεύτερο νόμο, η αύξηση της εντροπίας στη δεξαμενή ψύξης πρέπει τουλάχιστον να ισούται με τη μείωση της θερμής δεξαμενής. Αυτό σημαίνει Qh/Th = Qc/Tc για τον πιο αποδοτικό κινητήρα.

Με τη διατήρηση της ενέργειας - ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής - η έξοδος εργασίας του κινητήρα W είναι η διαφορά μεταξύ της θερμότητας που απορροφάται από τη θερμή δεξαμενή και της θερμότητας που απορρίπτεται στη δεξαμενή ψύξης: W = Qh - Qc.

Γράφοντας την απόδοση μιας θερμικής μηχανής ως αναλογία της εξόδου εργασίας προς την είσοδο θερμότητας, W / Qh, και αντικαθιστώντας  W  = Qh - Qc, μπορούμε να ξαναγράψουμε την απόδοση ως (Qh - Qc) / Qh, η οποία μειώνεται σε 1-Qc / Qh.

Και δεδομένου ότι Qh / Th = Qc / Tc για έναν μέγιστο αποδοτικό κινητήρα, αυτό μπορεί να ξαναγραφτεί ως 1-Tc / Th, που είναι η εξίσωση για την απόδοση που παρουσιάζεται στην αρχή αυτής της ανάρτησης.

Αυτό δείχνει ότι η απόδοση 40% που χαρακτηρίζει τους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς δεν είναι τεμπέλης μηχανική. Αντίθετα, αυτό απαιτείται να μην παραβιάζει τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.