Исследованы основные аспекты инновационной деятельности, направленной на решение экологических проблем. Рассмотрены современные инновационные проекты, направленные на экологизацию человеческой деятельности в целом, и на экологизацию производства в частности.
Ключевые слова: инновации, решение экологических проблем, изменение климата, зеленое топливо, экологизация производства.
Высокоотходная энергетическая политика, чрезмерное использование ресурсов, нехватка воды, глобальное изменение климата и обезлесение — это лишь некоторые вопросы, которые, по мнению экспертов, необходимо решать людям для достижения устойчивой жизни на Земле. По данным Организации Объединенных Наций, к 2025 году еще 2,9 миллиарда человек ощутят на себе нехватку водных ресурсов, а мировые потребности в энергии возрастут до 60 процентов к 2030 году.
Также, учитывая современное состояние развития рыночных отношений при существующих условиях природопользования, вопрос экологизации инновационной деятельности предприятий различных отраслей является одним из важнейших на сегодняшний день. Традиционно к крупнейшим загрязнителям окружающей среды относят производства, построенные на основе устаревших технологических схем, эксплуатационных условий и принципов. Во многих случаях инновации направлены на решение проблем экономической конкурентоспособности и экологической безопасности производственного комплекса и его продукции. Инновационные решения, ориентированные на достижение конечной цели, нередко называют экологическими инновациями, а имеющиеся тенденции к увеличению их количества и качества трактуют как проявление единого процесса экологизации инновационной деятельности.
Тревожные времена требуют гениальных решений — от использования «зелёного» топлива до применения комплекса биоремедиации. В рамках данной статьи мы рассмотрим некоторые из них.
Любые отходы на основе углерода, например, использованные шины, путём добавления достаточного количества тепла и давления могут превращаться в масло посредством термодеполимеризации. Этот процесс очень похож на образование нефти в природе, но эта технология ускоряет образование масла на миллионы лет. Сторонники этой технологии утверждают, что из тонны отходов можно произвести 600 фунтов нефти (0,272 тонны).
По данным Организации Объединенных Наций, нехватка воды затронет миллиарды людей к середине этого столетия. Опреснение, в основном удаление соли и минералов из морской воды, является одним из способов обеспечить питьевую воду в некоторых частях мира, где поставки очень ограничены. Проблема с использованием этой технологии заключается в том, что она очень дорогостоящая и энергозатратная. Ученые ищут инновационные пути снижения её энергозатратности.
Использование водородного топливного элемента рекламировалось как экологически чистая альтернатива использованию ископаемого топлива. Проблема с топливными элементами заключается в получении водорода. Молекулы воды и спирта должны быть обработаны для извлечения водорода для подачи в топливный элемент. Некоторые процессы требуют использования других источников энергии. Автомобили на водородном топливе уже производятся. Среди компаний, которые производят такие автомобили, — Toyota, Honda и Hyundai. Разработкой автомобилей на водородном топливе занимаются также Daimler, Audi, BMW, Ford, Nissan и др. В 2016 году Германия представила первый водородный поезд, который начал курсировать в конце 2017 года. Предполагается, что 4 тыс. дизельных региональных поездов в этой стране вскоре будут заменены на водородные [5].
Во всём мире уже активно используется энергия Солнца, но учёные продолжают работу над улучшением этого процесса. В Университете штата Пенсильвания учёные разработали концентрирующую фотоэлектрическую систему со встроенным микротрекингом, которая вырабатывает на 54 % больше энергии в день, чем кремниевый фотоэлемент [2].
Для получения энергии также используется тепловая энергия океана, применяя разность температур между нагретой поверхностью воды и холодным дном океана. Основным недостатком этой технологии является то, что она по-прежнему недостаточно эффективна для использования в качестве основного механизма генерирования электроэнергии. Но учёные также продолжают свою работу в этом направлении. В марте 2018 года в Токио был представлен проект экологически чистого города на дне океана, который планируется построить к 2039 году. Поддержание жизни первых 5 тыс. жителей этого города будет происходить исключительно за счёт ресурсов, которые находятся под водой. Конструкция города в виде спирали обеспечит приток возобновляемой энергии благодаря конверсии океанической тепловой конверсии. Эта технология в паре со специальными генераторами обеспечит жителей электроэнергией [5].
Также в мире ведётся работа по разработке технологий получения электрической энергии из волн океана. Но эта отрасль пока остаётся самой слаборазвитой из всех отраслей чистой энергетики, что объясняется непостоянностью океанских волн и низкой частотой колебаний. Но в США (Технологический институт штата Джорджии) уже разработано устройство, которое позволяет преобразовать энергию волн в электричество [6].
Японцы провели испытание устройства, генерирующего энергию из океанических течений, на различных глубинах Тихого Океана. Промышленное производство таких систем планируется к 2020 году.
С целью уменьшить содержание парникового газа — СО2 — всё чаще в мире стали устраивать «сады на крыше» (по аналогии со всемирно известными садами Семирамиды), которые способствуют поглощению тепла, уменьшению воздействия углекислого газа, поглощая CO2 и выделяя кислород. Также растения поглощают ливневую воду, а их наличие уменьшает потребность в использовании кондиционеров, которые также, как известно, оказывают негативное воздействие на окружающую среду.
С целью сократить использование токсичных пестицидов учёные рекомендуют применять комплекс очистки загрязнений с помощью микробов и растений (биоремедиация). С помощью специальных микробов, например, можно уменьшить количество нитратов в воде, которые являются питательным веществом для водорослей, и сократить процесс эвтрофикации водоёма. Некоторые растения, например, Arabidopsis, способны поглощать мышьяк из заражённой почвы. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) использовало это растение для очистки нескольких участков. Учёные также пытаются генетически модифицировать растения, которые поглощали бы загрязняющие вещества.
С целью экономии такого важного ресурса как древесина, была разработана технология отображения информации, известная под названием «электронная бумага». Электронная бумага формирует изображение в отражённом свете как обычная бумага и может хранить изображение в течение достаточно длительного времени, не потребляя при этом электрической энергии и затрачивая её только на изменение изображения. Китайская компания-разработчик электронной бумаги «Аои» начала массовое её производство с 2011 года. Сегодня компания имеет уже более 150 патентов, однако разработки не останавливаются. Продолжается работа над созданием энергосберегающих и энергономичных электронных книг.
Управление исследований и развития EPA (ORD) представило проекты с использованием инновационных подходов к решению приоритетных задач в области экологии. Эти проекты направлены на решение широкого спектра вопросов, связанных с загрязнением окружающей среды азотом, а также с обнаружением летучих органических соединений в воздухе. В этом проекте внедряется новая комбинация передовых технологий обнаружения выбросов, и которые будут способны идентифицировать конкретные органические соединения, такие как ксилол. Эти данные позволят лучше изучить источники загрязнения воздуха, что потенциально приведет к разработке эффективных стратегий смягчения последствий и экономии средств для объектов, которые являются источником выбросов [4].
Ещё один интересный проект, который находится в разработке, касается обнаружения чувствительных морских видов с применением ДНК окружающей среды [2]. Пресноводные мидии улучшают качество воды путём фильтрации и секвестрации загрязняющих веществ и взвешенных частиц, циклирования питательных веществ и удаления вредных токсинов и патогенов. Оценка популяций пресноводных мидий дает важную информацию о качестве воды. В настоящее время для оценки численности мидий требуется много времени, усилий и денег, но инновационное решение направлено на осуществление контроля над мидиями путем сбора проб воды и / или осадков и анализа их ДНК. Этот новый метод обнаружения популяций мидий поможет обеспечить систему раннего предупреждения об изменениях качества воды.
Особенности и перспективы экологических инноваций (ЭИ) существенно зависят от условий их применения. Привычным является подход, когда очередные ЭИ находят свое место в производстве, быту или иных сферах в ответ на обострение определенных экологических проблем или осложнение экономических обстоятельств. Поэтому в условиях каждой территориальной, социальной или производственной подсистемы следует провести анализ возможностей и перспектив введения ЭИ, оценить их экономическую, производственную или экологическую целесообразность.
Таким образом, человечеству необходимо находить компромиссные решения в системе координат «экономическая эффективность-экологичность-общественная ценность» с целью уменьшить антропогенную нагрузку на природные ресурсы и как можно эффективнее разработать концепцию экологистики как составляющей стратегии развития хозяйствующих структур. Некоторые проекты, рассмотренные в рамках настоящей статьи, например, биоремедиация и «сады на крышах», направлены на сокращение нанесённого окружающей среде вредного воздействия. И хотя экологическая катастрофа уже неизбежна, потому что мы достигли так называемой «точки невозврата», каждый сознательный человек на Земле должен ответственно подойти к решению глобальных экологических проблем.
Литература:
- Detecting Sensitive Aquatic Species using Environmental DNA // United States Environmental Protection Agency. — [Electronic Resource]. Access Mode: https://www.epa.gov/innovation/detecting-sensitive-aquatic-species-using-environmental-dna
- GaSb‐Based Solar Cells for Full Solar Spectrum Energy Harvesting. — July 2017. — [Electronic Resource]. Access Mode: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201700345
- Harvesting Broad Frequency Band Blue Energy by a Triboelectric–Electromagnetic Hybrid Nanogenerator // ACS Nano, 2016, 10 (7). — P. 6526–6534. — [Electronic Resource]. Access Mode: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b03293
- Novel VOC Sensor System for Fugitive Emission Detection // United States Environmental Protection Agency. — [Electronic Resource]. Access Mode: https://www.epa.gov/innovation/novel-voc-sensor-system-fugitive-emission-detection
- Немецкие поезда поедут на водороде. — 04.11.2016. — [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.kommersant.ru/doc/3134887
- Японцы построят экологичный город будущего на дне океана. — 18 марта 2018. — [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://vlasti.net/news/277565
