熱汚染：特性、結果、例 - 環境 - 2025

熱汚染は、いくつかの要因が環境温度の望ましくないまたは有害な変化を引き起こす場合に発生します。この汚染によって最も影響を受ける環境は水ですが、空気や土壌にも影響を与える可能性があります。

環境の平均温度は、自然の原因と人間の行動（人為的）の両方によって変化する可能性があります。自然の原因には、挑発されない森林火災や火山噴火が含まれます。

地球の表面温度。ソース：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SurfaceTemperature.jpg

人為的原因には、電気エネルギーの生成、温室効果ガスの生産、工業プロセスがあります。同様に、冷凍および空調システムが貢献しています。

最も関連する熱汚染現象は地球の温暖化であり、これは平均的な惑星の気温の上昇を意味します。これは、いわゆる温室効果と、人間による余熱の正味の寄与によるものです。

最も熱汚染を引き起こす活動は、化石燃料の燃焼による電力の生産です。石炭や石油製品を燃やすと熱が拡散し、主な温室効果ガスであるCO2が生成されます。

熱汚染は物理的、化学的、生物学的な変化を引き起こし、生物多様性に悪影響を及ぼします。高温の最も重要な特性はその触媒力であり、生物で発生する代謝反応が含まれます。

生き物は、生き残るために温度の変動の特定の振幅の条件を必要とします。この理由により、この振幅の変化は、個体数の減少、それらの移動またはそれらの絶滅を意味する可能性があります。

一方、熱汚染は人間の健康に直接影響を及ぼし、熱疲労、熱ショックを引き起こし、心血管疾患を悪化させます。さらに、地球温暖化は熱帯病の行動の地理的範囲を拡大させます。

熱汚染を防止するには、経済発展のモードと現代社会の習慣を変更する必要があります。これは、環境への熱の影響を低減するテクノロジーの実装を意味します。

1970年から2012年の間に操業したサンタマリアデガローニャ原子力発電所（ブルゴス、スペイン）など、熱汚染のいくつかの例がここに示されています。この発電所は、冷却システムからエブロ川に温水を投棄し、自然温度を最大10℃上昇させました。

熱汚染の別の特徴的なケースは、空調装置の使用によって提供されます。気温を下げるためのこれらのシステムの急増により、マドリードのような都市の気温は最大2ºC上昇します。

最後に、ペルーのマーガリン製造会社が水を使用してシステムを冷却し、その結果生じた温水が海に戻されるという肯定的な事例があります。このようにして、彼らはなんとかしてエネルギーと水を節約し、環境への温水の寄与を減らすことができました。

特徴

-熱および熱汚染

熱汚染は、配備されたときにすべてのエネルギーが熱を生成するため、他のエネルギーの変換から生じます。これは、媒体の粒子の動きの加速で構成されます。

したがって、熱は異なる温度にある2つのシステム間のエネルギーの移動です。

温度

温度は、システムの運動エネルギー、つまりその分子の平均的な動きを測定する量です。前記運動は、気体の場合のように並進運動であるか、または固体の場合のように振動することができる。

体温計によって測定されます。温度計にはさまざまな種類がありますが、最も一般的なのは拡張と電子式です。

膨張温度計は、特定の物質の膨張係数に基づいています。これらの物質は、加熱されると伸び、その上昇は段階的なスケールを示します。

電子体温計は、熱エネルギーの数値スケールで変換された電気エネルギーへの変換に基づいています。

使用される最も一般的なスケールは、Anders Celsius（摂氏または摂氏）によって提案されたものです。その中で、0℃は水の凝固点に対応し、100℃は沸点に対応します。

-熱力学と熱汚染

熱力学は、熱と他の形態のエネルギーとの相互作用を研究する物理学の一分野です。熱力学は4つの基本原理を考慮しています。

-温度が異なる2つのオブジェクトは、平衡状態になるまで熱交換します。

-エネルギーは作成も破壊もされず、変換されるだけです。

-ある形のエネルギーは、熱を失うことなく別の形に完全に変換することはできません。そして、熱の流れは最も熱い媒体から最も熱くないものまでで、逆は決してありません。

-絶対零度に等しい温度に到達することはできません。

熱汚染に適用されるこれらの原則は、すべての物理プロセスが熱伝達を生成し、熱汚染を生成することを決定します。また、培地の温度を上げたり下げたりすることで製造できる。

気温の上昇や下降は、重要なパラメータを超えると汚染されると考えられています。

-重要な温度

私たちが知っているように、温度は生命の発生の基本的な側面の1つです。ほとんどの有効寿命を可能にする温度変化の範囲は、-18ºCから50ºCです。

生物は-200℃と110℃の温度で潜伏状態で存在する可能性がありますが、まれなケースです。

好熱菌

特定のいわゆる好熱性細菌は、液体の水が存在する限り、100℃までの温度で存在できます。この状態は、熱水噴出孔のある海底の高圧で発生します。

これは、媒体の熱汚染の定義は相対的であり、媒体の自然な特性に依存することを示しています。同様に、それは特定の地域に生息する生物の要件に関連しています。

人間

人間では、正常な体温は36.5℃〜37.2℃の範囲であり、恒常性維持能力（外部の変動を補償するため）は制限されています。0 0C未満の温度で長期間、人工的な保護を行わないと、死に至ります。

同様に、一定の基準で50 aboveCを超える温度は、長期的に補償するのが非常に困難です。

-熱汚染と環境

水中では、熱がよりゆっくりと散逸するため、熱汚染がより直接的な影響を及ぼします。空気中および地上では、熱がより早く散逸するため、熱汚染による影響はそれほど大きくありません。

一方、小さな領域では、大量の熱を放散する環境の能力が非常に制限されます。

熱の触媒効果

熱は化学反応に触媒作用を及ぼします。つまり、熱はこれらの反応を加速させます。この影響は、熱汚染が環境に悪影響を及ぼす可能性がある主な要因です。

したがって、数度の温度差により、他の方法では発生しないであろう反応が引き起こされる可能性があります。

原因

- 地球温暖化

地球は、その地質の歴史を通じて、平均気温の高低を繰り返してきました。これらの場合、惑星の温度上昇の原因は、太陽や地熱エネルギーなどの自然の性質のものでした。

現在、地球温暖化のプロセスは、人間が行う活動と関連しています。この場合、主な問題は、成層圏への前記熱の散逸率の低下です。

これは主に人間の活動による温室効果ガスの排出が原因で発生します。これらには、産業、車両交通、化石燃料の燃焼が含まれます。

地球温暖化は、今日存在する最大かつ最も危険な熱汚染プロセスです。さらに、化石燃料の世界的な使用からの熱放出は、システムに追加の熱を追加します。

-熱電プラント

熱電プラントは、燃料から電力を生成するように設計された工業団地です。前記燃料は、化石（石炭、油または誘導体）または放射性物質（例えば、ウラン）であり得る。

Endesa As Pontes熱電発電所（スペイン）。出典：☣Banjo提供の画像

このシステムはタービンまたは原子炉の冷却を必要とし、この水が使用されます。冷却シーケンスでは、大量の水が便利で冷たい水源（川または海）から取り出されます。

その後、ポンプは、高温の排気蒸気に囲まれたチューブにポンプを押し通します。熱は蒸気から冷却水に移動し、温水は熱源に戻され、過剰な熱を自然環境にもたらします。

- 山火事

森林火災は今日の一般的な現象であり、多くの場合、人間によって直接的または間接的に引き起こされます。大きな森の固まりの燃焼は、大量の熱を主に空気と地面に伝達します。

-エアコンと冷凍システム

空調機器は、室内の温度を変化させるだけでなく、屋外のバランスを崩します。たとえば、エアコンは、室内から放出される熱よりも30％多く外に放散します。

国際エネルギー機関によると、世界には約16億のエアコンがあります。同様に、冷蔵庫、冷蔵庫、セラー、および閉鎖された領域の温度を下げるように設計された機器は、熱汚染を引き起こします。

-工業プロセス

実際、すべての産業変革プロセスには、環境への熱伝達が含まれます。ガス液化、冶金、ガラス生産など、一部の業界では特に高い比率でこれを行っています。

液化ガス

さまざまな産業および医療ガスの再ガス化および液化産業では、冷凍プロセスが必要です。これらのプロセスは吸熱性です。つまり、周囲の環境を冷却して熱を吸収します。

このため、最初よりも低い温度で環境に戻される水が使用されます。

冶金

高炉製錬炉は、1,500℃を超える温度に達すると、環境に熱を放出します。一方、材料の冷却プロセスでは、より高い温度で環境に再び入る水を使用します。

ガラス製造

材料の溶融および成形プロセスでは、最大1,600℃の温度に達します。この意味で、この産業によって発生する熱汚染は、特に作業環境においてかなりのものです。

-照明システム

白熱灯またはスポットライトと蛍光灯は、エネルギーを熱の形で環境に放散します。都市部では光源が集中しているため、これは重大な熱汚染の原因になります。

- 内燃エンジン

自動車のような内燃機関は、約2,500ºCを生成できます。この熱は、冷却システム、特にラジエーターを介して環境に放散されます。

都市内を毎日数十万台の車両が循環していることを考慮すると、伝達される熱量を推測することができます。

-アーバンセンター

実際には、都市はすでに述べた要因の多くが存在するため、熱汚染の原因となっています。ただし、都市は、その熱効果が周囲の枠組みの中でヒートアイランドを形成するシステムです。

スペインのヒートアイランド。出典：Galjundi7

アルベド効果

アルベドは、太陽放射を反射するオブジェクトの能力を指します。存在する各要素（自動車、住宅、産業）がもたらすことができるカロリーの貢献を超えて、都市構造は大きな相乗効果を発揮します。

たとえば、都市中心部の材料（主にコンクリートとアスファルト）のアルベドは低くなっています。これはそれらを非常に熱くさせ、都市の活動によって放出される熱とともに熱汚染を増加させます。

都市熱の純寄与

さまざまな調査により、都市の暑い日中の人間の活動による発熱は非常に高くなる可能性があることが示されています。

たとえば、東京の正味の熱入力は140 W / m2であり、約3℃の温度上昇に相当します。ストックホルムでは、正味の寄与は70 W / m2と推定され、1.5℃の温度上昇に相当します。

結果

-水の物性の変化

熱汚染の結果として水温が上昇すると、水温が物理的に変化します。たとえば、溶存酸素を減らし、塩濃度を高め、水生生態系に影響を与えます。

季節によって変化する水域（冬季の凍結）では、熱湯を加えると自然な凍結率が変わります。これは、その季節性に適応した生物に影響を与えます。

-生物多様性への影響

水生生物

熱電プラントの冷却システムでは、高温にさらされると特定の生物に生理学的ショックが生じます。この場合、プランクトン、魚、無脊椎動物の植物プランクトン、動物プランクトン、卵、幼虫が影響を受けます。

多くの水生生物、特に魚は水温に非常に敏感です。同じ種でも、理想的な温度範囲は、特定の個体群の順応温度によって異なります。

このため、気温の変動により、個体群全体が消失または移動します。したがって、熱電プラントからの排水は、温度を7.5〜11℃（淡水）および12〜16℃（塩水）上昇させることができます。

この熱ショックは、急速な死をもたらしたり、人口の生存に影響を与える副作用を引き起こす可能性があります。他の効果の中でも、水を加熱すると水中の溶存酸素が減少し、低酸素問題が発生します。

富栄養化

この現象は、水生生態系に深刻な影響を与え、生態系の生命を失います。それは、栄養素の水への人工的な寄与の結果としての藻類、細菌、水生植物の増殖から始まります。

これらの生物の個体数が増えると、水中の溶存酸素を消費し、魚や他の種の死を引き起こします。水温の上昇は、溶存酸素を減らし、塩類を濃縮することで富栄養化に貢献し、藻類や細菌の成長を促進します。

陸生

空気の場合、温度の変化は生理学的プロセスと種の行動に影響を与えます。多くの昆虫は、特定のレベルを超える温度で繁殖力を低下させます。

同様に、植物は開花のために温度に敏感です。地球温暖化により、一部の種は地理的範囲を拡大しているが、他の種は制限されていると考えている。

-人間の健康

熱中症

異常に高い温度は人間の健康に影響を及ぼし、いわゆる熱ショックまたは熱中症が発生する可能性があります。これは、さまざまな重要な臓器の麻痺を引き起こし、死に至ることさえある急性脱水症から成ります。

1995年に約700人が亡くなったシカゴ（米国）のように、熱波は数百人、さらには数千人の人々を引き起こす可能性があります。一方、2003年から2010年にかけてのヨーロッパの熱波は数千人の死をもたらしました。

心血管疾患

一方、高温は心血管疾患を持つ人々の健康に悪影響を及ぼします。この状況は、高血圧の場合に特に深刻です。

急激な温度変化

急激な温度変化は免疫システムを弱め、体が呼吸器疾患にかかりやすくすることができます。

衛生と労働環境

熱汚染は、冶金やガラスなど、一部の産業では産業上の健康要因です。ここで労働者は深刻な健康上の問題を引き起こす可能性がある放射熱にさらされています。

安全対策は明らかに取られていますが、熱汚染は深刻です。条件には、熱疲労、熱ショック、極端な放射熱火傷、および生殖能力の問題が含まれます。

熱帯病

地球の気温の上昇により、これまで特定の熱帯地域に限定されていた病気がその活動範囲を拡大させています。

2019年4月、第29回欧州臨床微生物学および感染症会議がアムステルダムで開催されました。このイベントでは、チクングニア、デング熱、リーシュマニア症などの病気がヨーロッパに広がる可能性があることが指摘されました。

同様に、ダニ媒介性脳炎も同じ現象の影響を受けます。

それを防ぐ方法

目的は、環境への熱の正味の寄与を減らし、生成された熱が大気中に閉じ込められるのを防ぐことです。

-発電のためのより効率的なエネルギー源と技術の使用

エネルギー源

熱電プラントは、大気への正味の熱伝達の点で熱汚染の最大の原因となります。この意味で、熱汚染を低減するためには、化石燃料をクリーンなエネルギーに置き換えることが不可欠です。

太陽光、風力（風力）および水力発電（水）のエネルギー生産プロセスは、非常に低い残留熱入力をもたらします。同じことが波エネルギー（波）や地熱（地球からの熱）などの他の選択肢でも起こります。

テクノロジー

プロセスが冷却システムを必要とする熱電プラントおよび産業では、閉ループシステムを使用できます。機械的熱拡散システムを組み込んで、水温を下げることもできます。

-コージェネレーション

コジェネレーションは、電気エネルギーと有用な熱エネルギー（蒸気や温水など）を同時に生成することで構成されます。このため、産業プロセスで発生する廃熱を回収して利用できるようにする技術が開発されました。

たとえば、欧州委員会から資金提供を受けたINDUS3ESプロジェクトは、「熱変換器」に基づくシステムを開発しています。このシステムは、低温の余熱（70〜110ºC）を吸収し、高温（120〜150ºC）に戻すことができます。

発電の他の側面

より複雑なシステムには、エネルギー生産または変換の他の側面を含めることができます。

その中には、電気と熱の生成に加えて冷却プロセスを組み込むことで構成されるトリジェネレーションがあります。さらに、機械的エネルギーがさらに生成される場合、4世代と呼ばれます。

いくつかのシステムは、電気、熱、および機械的エネルギーを生成することに加えて、CO2トラップです。この場合、4世代について説明します。これらのシステムはすべて、CO2排出量の削減にも貢献しています。

-温室効果ガスの排出を減らす

地球温暖化は地球に最大の影響を与える熱汚染の現象であるため、その緩和が必要です。これを達成するための主なことは、CO2を含む温室効果ガスの排出を削減することです。

排出量の削減には、経済発展のパターンを変える必要があり、クリーンエネルギーを化石エネルギー源に置き換えます。実際、これにより温室効果ガスの排出と廃熱の生成が減少します。

-冷却水冷却期間

一部の熱電プラントで使用される代替案は、冷却池の建設です。その機能は、自然の水源に戻す前に、冷却システムからの水を休ませて冷却することです。

熱汚染の例

ブレイトン熱電発電所（米国）。出典：Wikimaster97commons

サンタマリアデガローニャ原子力発電所

原子力発電所は、放射性物質の分解から電気エネルギーを生成します。これにより大量の熱が発生し、冷却システムが必要になります。

サンタマリアデガローニャ原子力発電所（スペイン）は、1970年に開業したBWR（沸騰水型原子炉）タイプの発電所でした。その冷却システムは、エブロ川から毎秒24立方メートルの水を使用しました。

元のプロジェクトによると、川に戻される廃水は、川の温度に関して3ºCを超えません。2011年、独立系環境会社によって裏付けられたグリーンピースの報告は、はるかに高い温度上昇を発見しました。

流出領域の水は24ºC（6.6〜7ºCの天然河川水）に達しました。その後、流出地域から4 km下流で21℃を超えました。工場は2012年12月16日に操業を停止しました。

マドリード（スペイン）のエアコン

都市では、暑い季節に周囲の温度を下げるために、ますます多くの空調システムがあります。これらのデバイスは、内部から熱風を抽出し、それを外部に拡散させることによって機能します。

それらは一般にあまり効率的ではないため、内側から抽出するよりも外側にさらに多くの熱を拡散します。したがって、これらのシステムは関連する熱汚染源です。

マドリードでは、市内に存在する一連の空調装置により、周囲の温度が最大1.5℃または2℃上昇します。

良い例：ペルーのマーガリン製造工場

マーガリンは、植物油を水素化して得られるバターの代用品です。水素化には、高温高圧で植物油を水素で飽和させる必要があります。

このプロセスでは、発生する廃熱を取り込むために水ベースの冷却システムが必要です。水は熱を吸収して温度を上げ、環境に戻されます。

ペルーのマーガリン製造会社では、熱湯（35ºC）の流れが海の熱汚染を引き起こしました。この影響を打ち消すために、同社は閉じた冷却回路に基づくコージェネレーションシステムを実装しました。

このシステムにより、ボイラーに入る水を予熱するために温水を再利用することができました。このようにして、水とエネルギーが節約され、海への熱湯の流れが減少しました。

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