Как влияют батарейки на окружающую среду

Содержание

1. Введение

2. Основная часть.

2.1.  История изобретения батарейки.

2.2. Виды батареек.

            2.3. Влияние батареек на человека и окружающую среду

2.4. Утилизация батареек

 3. Практическая часть

4. Заключение

5. Список литературы

2

                                                                       Введение

Каждому человеку известно, что наша жизнь и наше здоровье зависят от состояния окружающей среды. Мы стараемся употреблять в пищу экологически чистые продукты, выбираем экологически безопасные районы для проживания, но при этом мы не задумываемся о том, что состояние окружающего нас мира зависит прежде всего от нашего поведения в природе. Для нашей области, как и для других регионов нашей страны, проблема охраны окружающей среды актуальна. Одной из важнейших проблем является утилизация мусора. Над решением данной проблемы во всем мире работает огромное количество ученых, разрабатываются новые технологии, но к сожалению, в нашей стране, в частности в нашей области, проблема утилизации мусора остается острой.  В современных условиях высокого уровня развития не все знают, как утилизировать отработанные батарейки и какой вред они могут нанести человеку и окружающей его среде.  

Я посмотрел, что люди в основном просто выбрасывают использованные батарейки в мусорное ведро, не думая, что после этого они могут нанести огромнейший вред окружающей среде. Далее я захотел узнать, как и почему же батарейки наносят непоправимый вред ей, и как бороться с этой проблемой.

Цель проекта: узнать влияние использованной батарейки на окружающую среду, распространить эту информацию среди учащихся нашей школы ;

Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Изучить информацию по теме.

2. Выяснить степень опасности использованных батареек для окружающей среды и человека;

3.  Повысить активность участия родителей и детей в процессе бережного отношения к природе средствами сбора использованных батареек  в школе.

4. Провести разъяснительную работу среди учащихся о необходимости утилизации батареек

Предмет исследования: Батарейка.

Методы исследования: наблюдение, эксперимент, опрос, поиск и систематизация материала по теме (источники: энциклопедии, справочники, интернет.)

3

2.  Основная часть.

2.1. История изобретения батарейки.

Батарейку изобрел итальянский физик Алессандро Вольта, произошло это в 1799 г. Первое описание этого изобретения появилось в письме от 20 марта 1800 г., которое Вольта направил Дж. Бенксу, президенту Королевского общества. Увлеченный изучением феномена электричества, будоражившим умы в XVIII в., Алессандро Вольта сделал свое открытие, основываясь на опытах другого итальянца, анатома Луиджи Гальвани. В 1791 г. Гальвани заметил, что, если дотронуться до мускула лягушки пластинками из двух разных металлов, цинка и меди, ее лапы непроизвольно согнутся. Ученый пришел к заключению, что эти движения вызваны электричеством. Свое заключение он представил Болонской академии наук в виде сочинения с латинским названием «De viribus electricitatis in motu muscolari animalium» («Об электрических силах в мускульных движениях животных»). Вольта, повторив эксперименты Гальвани, заметил, что электричество присутствует не в теле лягушки, а возникает от контакта двух металлов.

Это наблюдение привело в горячему спору двух ученых, повлекшему за собой полемику между университетом Павии, где преподавал Вольта, и Болонским университетом, где работал Гальвани. В этих спорах Вольта черпал вдохновение для дальнейших экспериментов. Он открыл, что если два разных металла, соединенных проводом, поместить в соляной раствор, который называется электролитом, то по проводу пойдет электрический ток. Итальянский физик построил батарею следующим образом: ряд цинковых и медных дисков, лежащих вперемежку, между ними — подушечки из пропитанной соляным раствором ткани, соединенные с проводом.

Химическая реакция между двумя металлами и соляным раствором порождала движение электронов от одного диска к другому: так возникал электрический ток.

После того как Алессандро Вольта представил свое изобретение Лондонскому королевскому обществу, 7 ноября 1801 г. он был приглашен в Париж его большим поклонником- Наполеоном I Бонапартом. Едва узнав об открытии Вольта, французский император пожелал призвать ученого к своему двору, чтобы тот лично продемонстрировал ему работу батареи. За это Вольта были пожалованы орден Почетного легиона, титул короля электриков и премия 6000 лир. ( приложение №1)

2.2. Что такое батарейка. Виды батареек.

Батарейка – автономный источник электричества для питания устройств. Батарейки плотно вошли в нашу жизнь, являясь источником электричества. Вот неполный перечень устройств, где они нужны. Их используют в:

1-пультах,

2-настенных и наручных часах

3-фототехнике,

4-игрушках,

5-фонариках,

6-тонометрах и др.

Со времени возникновения, батарейки пережили много усовершенствований, что отразилось на их производительности и сроке службы. 

Виды батареек

 Классификацию элементов питания производят, в зависимости от материала, из которого делают составляющие: анод, катод, электролит. Присутствует разница в

размерах, форме, выдаваемом напряжении батареек. ( приложение №2)

4

Самыми популярными считаются солевые и щелочные (алкалиновые) источники питания. Остальные виды менее распространены по причине высокой цены, токсичности, специфики применения.

Солевые

Характеристики батареек включают низкую отдачу тока, небольшой срок эксплуатации и годности. Электроды внутри источника питания сделаны из оксида марганца, цинка, соединены солевым мостом, что определяет идентичность конструкции с начальными образцами компании Дюрасел. Однако усовершенствованные марганцево-цинковые батарейки пользуются спросом по причине невысокой цены. Срок хранения устройства — 2 года, к его окончанию характерно снижение емкости до 30-40%. При низкой температуре батарейки часто перестают работать. ( приложение № 3)

Щелочные (алкалайновые, алкалиновые)
Название обусловлено составляющим электролитом — гидроксидом калия. Электродами выступают цинк и двуокись марганца. В сравнении с солевыми батарейками, щелочным характерна более длительный срок хранения (5 лет) и большая емкость, мощность. К достоинствам изделия относятся работоспособность при воздействии низких температур, сниженная скорость саморазряда. Из-за улучшенной герметичности отмечается невысокий риск протекания батарейки. Целесообразно применять щелочные изделия в приборах с умеренной нагрузкой: радио, ночниках, игрушках и так далее. К недостатку батареек этого вида относятся постепенное уменьшение выходного напряжения ( приложение № 4)

Литиевые

Конструкция батарейки содержит катод из лития, отделенный от анода с помощью сепаратора и диафрагмы, смоченной электролитом. Изделия выдерживают интенсивное потребление тока на протяжении длительного времени. Мощные батарейки обладают отличными характеристиками: постоянным напряжением, высокой энергоплотностью,

продолжительным сроком годности (до 12 лет) и эксплуатации, устойчивостью к температурному воздействию. Литиевые изделия легкие по весу, не протекают, их можно заряжать. Целесообразно применение таких батареек для приборов с повышенным энергопотреблением: фотоаппаратов, фонарей, портативных колонок. Литиевые изделия признаны самыми лучшими, но стоят значительно дороже предыдущих видов источников питания. ( приложение № 5)

Ртутные

Внутри батарейки находится анод из цинка и катод из оксида ртути, отделенные с помощью сепаратора и диафрагмы, смоченной щелочным раствором гидроксида калия. Источник питания способен функционировать как аккумулятор, но при циклической деятельности его емкость уменьшается. Это происходит по причине стекания ртути и формирования капель внутри изделия.  К плюсам батарейки относят стабильность напряжения, высокие энергоплотность и емкость, устойчивость к перепаду температур, продолжительный срок годности (10 лет). Однако изделие имеет ряд существенных недостатков: дорогую цену, небезопасность при использовании (риск вдыхания паров ртути при разгерметизации), сложности с утилизацией. По этим причинам батарейки такого вида не пользуются популярностью.( приложение №6)

Серебряные

В источнике питания анодом выступает цинк, катодом — оксид серебра, электролитом — гидроксид калия или натрия. Батарейки обладают хорошими характеристиками и длительным периодом хранения и эксплуатации. Отмечают высокие показатели энергоплотности и емкости (на 30-50% выше, чем у литиевых), стабильность напряжения, температурную устойчивость. К недостаткам источника питания относят

5

дорогую цену.( приложение №7)

Воздушно-цинковые

 Анодом в источнике питания выступает цинк, электролитом — раствор гидроксида калия или хлорида цинка, катодом — газовый электрод. Для батарейки характерна высокая энергоемкость. Однако недостатком считается короткий период службы по причине высыхания электролитного раствора. Целесообразно применение батареек для слуховых аппаратов. Для запуска химической реакции перед тем, как вставить гальванический элемент, важно удалить защитную пленку с его поверхности и подождать минуту. ( приложение №8)

Типоразмеры

Классификация батареек основана на американских стандартах с учетом их размера, типа, модели. Источники питания обозначаются АА, ААА, C, D, РР3, 3336, А23 и так далее. Они схематично изображены на рисунке с указанием размеров. Батарейки в обиходе называют, в зависимости от внешних особенностей: пальчиковыми (величиной с палец), мизинчиковыми, «дюймовочкой» (тип С), «бочкой» (D), таблетками (дисковые). (Приложение № 9)

При выборе батареек важно учитывать их технические параметры. К основным относятся: Напряжение — показатель варьируется, в зависимости от вида батареек. Для большинства элементов питания он составляет 1,5v, для литиевых характерен вольтаж 3 V. Повышенной мощностью обладают батарейки Крона с напряжением 9V. Также высокий показатель имеют аккумуляторы, например, 26650 с вольтажом 3,7 V и так далее. Саморазряд — определяет потерю емкости за время хранения. В зависимости от этого показателя, на батарейки устанавливают срок годности. Наименьший период характерен для солевых изделий (2 года), наибольший — для литиевых (до 12 лет). Щелочные хранятся до 5, ртутные — до 10 лет. Перепады температур провоцируют саморазряд. Емкость — параметр определяет, сколько электричества в батарейке. Срок службы изделия зависит от данной характеристики. Наименьшая емкость у популярных солевых и щелочных батареек (600 мАч). Самый высокий показатель отмечается у изделий типа D(15000-18000 мАч). Параметры емкости и напряжения для различных типов батареек представлены в таблице. 

При эксплуатации батареек важно соблюдать меры предосторожности: не сжигать их; не разбирать; не перезаряжать изделия, которые для этого не предназначены и являются первичными элементами; беречь от детей — проглоченные источники питания в виде таблеток могут стать причиной летального внутреннего кровотечения. Батарейки считаются потенциально опасными устройствами для окружающей среды,

6

особенно, ртутные. 

2.3. Влияние батареек на человека и окружающую среду.

Взглянув на обычную пальчиковую батарейку, можно всегда увидеть знак в виде зачеркнутого мусорного бака. Это означает: «Не выбрасывать, необходимо сдать в специальный пункт утилизации». И этот знак на батарейке стоит неспроста! В каждой такой батарейке содержится от 10 до 20 химических элемента, многие из них являются токсическими ядовитыми веществами. Это - ртуть, никель, кадмий, свинец, которые имеют свойство накапливаться в живых организмах, в том числе и в организме человека, и наносить существенный вред здоровью.

Металлическое покрытие отработанных и выброшенных батареек разрушается, тяжелые металлы просачиваются в грунтовые воды и почву. Как следствие, отравляются животные и растения, которые попадают к нам на стол в виде пищи, и оказываясь в нашем организме отравляет нас. Губительный эффект может стать очевидным для человека через несколько лет, поскольку тяжелые металлы начинают свое воздействие лишь достигая определенной концентрации – вызывают отравления, раковые заболевания и мутации. При сжигании мусора (как это часто происходит) из использованных элементов питания выделяются диоксины, действующие в 67 000 раз сильнее цианида. Даже минимальных количеств этого ядовитого соединения достаточно для замедления развития детей и ослабления их здоровья или развития онкологических и репродукционных заболеваний у взрослых.

Мне стало интересно, чем опасны вещества, входящие в состав батареек. Из Интернт-ресурсов я узнал, что: кадмий поражает почки, печень, поджелудочную железу, блокирует работу некоторых важных для жизнедеятельности организма ферментов; ртуть – влияет на мозг, нервную систему, почки и печень, вызывает нервные расстройства, ухудшение зрения, слуха, нарушения двигательного аппарата, заболевания дыхательной системы.

В каждой батарейке содержится от 10 до 20 химических элементов, многие из них являются токсичными ядовитыми веществами. Это - ртуть, никель, кадмий, свинец, которые имеют свойство накапливаться в живых организмах, в том числе и в организме человека, и наносить существенный вред здоровью.

Как же эти вещества действуют на организм человека?

Ртуть – поражает мозг и нервную систему. Металлическая ртуть – это яд! (Приложение№10)

Согласно научным данным, никель обладает канцерогенным действием на живой организм. Хроническое отравление никелем приводит к риску развития онкологических новообразований в организме. (Приложение № 11)

В результате непрерывного воздействия кадмия возникают очень тяжелые заболевания легких и почек. (Приложение № 12)

Даже при низких дозах свинцовое отравление вызывает снижение интеллектуального развития, внимания и умения сосредоточиться, отставание в чтении, ведет к развитию агрессивности, гиперактивности и другим проблемам в поведении ребенка. Эти отклонения в развитии могут носить длительный характер и быть необратимыми. Низкий вес при рождении, отставание в росте и потеря слуха также являются результатом свинцового отравления. Высокие дозы интоксикации ведут к умственной отсталости, вызывают кому, конвульсии и смерть. Вредное воздействие свинца на здоровье взрослых проявляется в повышении кровяного давления, нарушении деятельности нервной системы, печени, почек, снижении репродуктивной функции. 

Свинец является одним из наиболее токсичных металлов. Воздействие повышенных концентраций свинца приводит к изменению репродуктивной, нервной, сердечно-

7

сосудистой, иммунной и эндокринной систем. (Приложение № 13)

Итак, как же все эти ядовитые вещества попадают в организм человека? Люди выбрасывают батарейки в мусорное ведро, как следствие, они попадают на городские свалки. И так как полигоны для захоронения отходов (где таковые имеются) не оснащены защитой фильтрации от вредных примесей и тяжелых металлов, поэтому все эти супер-вредные вещества попадают в грунтовые воды, а потом и в водохранилища, откуда жидкость идёт в наш дом. Да, на свалках элементы питания могут подвергаться процедуре сжигания, однако дым, содержащий диоксины, в этом случае никуда не пропадает, он попадает в воздух. Весь растительный и животный мир поглощает этот дым, а через них попадает в организм человека. Одна выброшенная батарейка загрязняет 20 квадратных метров земли. Это территория обитания двух кротов, одного ежика и тысячи дождевых червей.

Чтобы не расплачиваться за беспечность собственным здоровьем, отслужившие питательные элементы необходимо сдавать в пункты приёма для батареек. Батареи содержат различные металлы, которые могут быть использованы как вторичное сырье при их переработке. Так из 1 т батареек можно получить 288 кг марганца, 240 кг цинка, около 47 кг графита.

2.4. Утилизация батареек.

Сегодня в России отсутствует чёткая, выстроенная система сбора и утилизации батареек, что влечёт за собой опасность загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами. При захоронении батареек на полигонах происходит выщелачивание тяжёлых металлов, которые c фильтратом попадают в водоёмы и почву. При сжигании батареек в МСЗ повышенные концентрации тяжелых металлов накапливаются в шлаке и летучей золе, а также отходящих газах. По некоторым данным, батарейки составляют всего лишь 1% в общем объеме твёрдых бытовых отходов, но ответственны за 50-70% образования тяжелых металлов на полигоне. Наибольшая угроза связана с потенциальным загрязнением окружающей среды ртутью и кадмием, которые используются при производстве батареек.

Вопрос об утилизации батареек по-разному решается в разных странах мира. Так, в Японии батарейки старательно собирают и хранят до тех времен, когда будет изобретена оптимальная перерабатывающая технология. В странах Евросоюза покупатели в магазине, сдав старые батарейки, получают скидку на новые батарейки. Во всех супермаркетах стоят контейнеры для использованных батареек (сданные батарейки идут на переработку). Переработкой батареек в странах Европы занимается 40 предприятий. В нашей стране этой проблемой стали заниматься не так давно. С 2013 года в городе Челябинске заработал пока единственный завод в России по переработке батареек и аккумуляторов, отживших свой срок. Этот завод имеет свои пункты приема использованных батареек в 24 городах. Проблемой утилизации батареек занимаются различные общественные организации: устанавливают специальные урны во дворах домов, на входах в магазины (компании Икеа, Media Markt ) и собранные элементы отправляют на завод. ( Приложение № 15)

На заводе в Челябинске производится переработка элементов питания с извлечением полезных ресурсов для вторичного использования. ( Приложение № 16)

Важность переработки

В странах Евросоюза первый закон, сделавший утилизацию некоторых типов батареек обязательной, вступил в силу еще 1991 году. С 2006 года требование распространяется на все виды батареек и аккумуляторов. Это связано, в первую очередь, с их токсичностью: на долю элементов питания приходится до 40% объема опасных

8

веществ, поступающих в окружающую среду с бытовыми отходами. Всего одна

пальчиковая батарейка, выброшенная на свалку, загрязняет около 20 квадратных метров земли.

Негативно отражается на качестве окружающей среды не только размещение батареек на свалке, но и добыча сырья для них — так, по данным «Мегаполисресурс», производство 1 килограмма цинка из первичной руды приводит к образованию 200 килограммов отходов. Переработка батареек позволяет вернуть в производственный цикл полезные ресурсы с минимальным экологическим следом, сделать из них новые вещи — от карандашей до саксофонов — и предотвратить образование новых отходов, образующихся во время добычи

Процесс переработки

Первый этап - сортировка

На первом этапе работники вручную отбирают пригодные для переработки батарейки. Компания занимается переработкой лишь марганцево-цинковых батареек, которые составляют около 80 % от общего объема потребления. Кнопочные батарейки, содержащие большее количество ртути по сравнению с марганцево-цинковыми, отдаются на демеркуризацию – в 2013 году их было собрано около 3 кг. Литий-ионные батарейки, которые используются в телефонах, камерах, ноутбуках, сейчас лишь накапливаются предприятием. «Мегаполисресурс» занимается поиском партнера для их дальнейшей переработки. Литий- и никель-кадмиевые источники тока (автомобильные аккумуляторы) продаются компанией для дальнейшей переработки.  (Приложение № 17)

Второй этап – дробление

После сортировки батарейки попадают на линию дробления, где происходит их механическое измельчение и магнитная сепарация, которая позволят извлечь железо. Для дальнейшей обработки остаётся так называемая «чёрная масса».

(Приложение № 18)

Третий этап - гидрометаллургия

Гидрометаллургия — это выделение металлов с помощью химических реагентов.  На заводе компании «Мегаполисресурс» такую технологию используют для производства медного купороса из электронного лома и металлического кабеля. Но ту же самую технологию можно применять и для переработки батареек. (Приложение № 19)

Сначала происходит отмывка водой получившейся из батареек «чёрной массы», в результате чего образуется щелочь, на продажу которой у компании уже есть договорённость с металлургической компанией МЕЧЕЛ.
Затем в оставшуюся массу добавляют серную кислоту, при температуре 50-70 градусов по Цельсию происходит растворение, и в результате образуются сульфаты цинка и марганца. Далее при температуре, достигающей 120 градусов, они кристаллизуются в соли, которые уже являются товарным продуктом. Спектр их применения достаточно широк: соли марганца используются для производства микроудобрений или для синтеза других соединений, а соли цинка - в производстве вискозы, медицине и сельском хозяйстве. Эти соли компания также продает. (Приложение № 20)

9

Любопытно

— От всего объема продаж России утилизирует не более трех процентов батареек в год.

— Германия и Бельгия, к примеру, утилизирует 45 и 55 процентов, соответственно.

— В России сегодня открыто 400 пунктов сбора батареек.

— В Германии и Бельгии открыто более 23 тысяч пунктов сбора батареек.

— Из 90 батареек можно произвести один столовый набор, из 8 батареек — 100 гр. марганцевых удобрений, 4 кг батареек — это 1 кг чистого цинка (200 кг переработанной руды).

10

3. Практическая часть.

Проведя анкетирование среди учащихся 5-7 классов нашей школы мы получили следующие результаты:

1. Можно ли батарейки выкидывать в мусор? –

да – 46% учащихся; нет- 54% учащихся

2 – Вы выбрасываете батарейки в мусор или сдаёте в утилизацию? Сдаём в утилизацию-21 %, выбрасываем- 79%

3 – Сколько, в среднем, батареек выбрасывается в вашей семье в год? 30% от 10-20 штук, 9%  свыше 20, 61% до 10 штук в год.

4 –Будите ли вы сдавать батарейки, если в вашей школе установят специальный контейнер?  Буду выкидывать-12 %, буду сдавать 22%

Анкетирование показало необходимость просветительской работы среди учащихся.

С целью просветительской работы среди населения, мы решили составить памятку :

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 по новой.

Покупать нужно батарейки с надписью «без кадмия», «без ртути».

Запрещается выбрасывать батарейки в корзину общего мусора. Их нужно складировать в места, для последующей их утилизации. Если нет возможности отнести батарейки в пункты сбора их рекомендуется копить в пластиковой закрытой таре желательно не в доме, до лучших времен.

11

Заключение

Подводя итоги проекта, я могу утверждать, что моя гипотеза подтвердилась. Неправильно утилизированные батарейки действительно содержат химические вещества, которые отрицательно влияют на окружающую среду и на здоровье человека. Также я выяснил, что в нашей области существует проблема с утилизацией использованных батареек, так как отсутствуют пункты приема отслуживших свой срок батареек. Но жители Челябинской области, согласны сдавать такие батарейки в магазины или приемные пункты, если такие будут организованы на территории города и в районных центрах области и даже в поселках. Так что у нас, жителей Челябинской области, появилась возможность внести свой вклад в охрану окружающей среды. Достаточно лишь не выкидывать использованные батарейки в мусорное ведро, а собрать их, принести по указанным адресам, которые мы надеемся в скором времени появятся на карте нашей области (в Интернет-приложениях) и опустить батарейки в один из ярких контейнеров, предназначенных для батареек.

Я видел и знаю где находится пункт приема батареек.

Адрес приема батареек: г. Магнитогорск проспект Карла Маркса 153 ТРК «Гостиный двор»  (Приложение № 21)

Таким образом, если бы все: и взрослые, и дети во всем мире не выбрасывали бы батарейки, какую помощь мы все оказали бы природе! А кроме того мы сберегли бы свое здоровье!

12

Список литературы

1.http://plus-one.rbc.ru/blog/ecology/edinstvennyy-v-rossii-zavod-po-pererabotke-batareek-vozobnovil-rabotu

2.https://school-science.ru/4/14/302

3.https://www.greenpeace.org/russia/ru/news/2014/20-03-greenpeace-posetil-zavod-po-pererabotke-batareek/

4.http://yandex.ru/clck/jsredir?from=yandex.ru%3Bimages%2Fsearch%3Bimages%3B%3B&text=&etext=2091.-erY5EDdjC4JWWMSTCmEDOJO7hBrPTYDOhKdGlViVM8dCwf8Oz0xRsU2SM9T6tMbXA_zdh7LTYQiDelru-GwOjbXb-KU-JexMaXY3XrdyQ_OwsDqwv_Svf_dEa8loedyUYAvH5yL91Ywwd0ihRNGOg.0379df61be929c4f899206f129a9e67bf1eb1ca5&uuid=&state=tid_Wvm4RM28ca_MiO4Ne9osTPtpHS9wicjEF5X7fRziVPIHCd9FyQ,,&data=UlNrNmk5WktYejR0eWJFYk1LdmtxdHJ5V19FbmVyZW1RVVZRWF9jVTN5ZTV6Znpxa2EzdVFRSjV3MFdjcmJXSlEyenBaOXNqY2ZpSFNFVjhOWURQY3VBR1NtX1ZUV01lZUJzWHI0MWJBUWNvRFEtbURrWVFkamJJVTlZd0NMT1d3d2pjOEtVQ1duRjFaXzZhR0ZvWUdnLCw,&sign=9970240a8ccc1bc5623c213378ac7167&keyno=0&b64e=2&l10n=ru

5.http://yznavai.ru/batarejka-i-vsjo-o-nej/

6.https://istochnikipitaniy.ru/batarejki/vidy.html

13