Согласно исследованиям, положенным в основу Парижского соглашения (2015 г.), постоянное повышение в настоящее время концентрация двуокиси углерода (СО2) в атмосфере планеты (0.04% — 400 ppm) грозит человечеству в ближайшие десятилетия опаснейшими экологическими последствиями. Прежде всего это чревато повышением средней температуры воздуха более чем на 2°С (парниковый эффект) в случае превышения концентрации СО2 значения 0.05% (500 ppm). Это в свою очередь приведет к повышению уровня океана, засухам и метеорологической неустойчивости атмосферы (ураганы, торнадо и т.д.). По мнению экологов, ограничение потепления величиной 2°C уже невозможно без прекращения экономического роста в развитых и развивающихся странах, что может привести к непредсказуемым социальным последствиям.
Повышение концентрации СО2 в атмосфере планеты (рис.1) помимо экологической опасности развития парникового эффекта, порождает гуманитарную проблему. В мировой медицине существует полное единомыслие и согласие в вопросе о вреде повышенных концентраций двуокиси углерода во вдыхаемом воздухе. И если кратковременное (в течение нескольких часов) повышение содержания СО2 (свыше 700 ppm) приводит к развитию у человека преходящего симптомокомплекса, характеризующегося головной болью, усталостью, нарушением концентрации внимания и т.д., то длительное нахождение в условиях повышенной концентрации СО2 (от нескольких часов до нескольких лет) способно привести к нарушению гомеостаза в организме человека и развитию метаболического ацидоза, приводящего к заболеваниям крови и сердечно — сосудистой системы, диабету, снижению иммунитета, а также к ухудшению качества сна, неспецифическим воспалительным процессам респираторного тракта, а в конечном счете – к ухудшению репродуктивной функции человека и негативным изменениям в его ДНК.
В основе этих и других патологических изменений лежит известный эффект ослабления адсорбционной способности молекулы гемоглобина связывать кислород в легочных альвеолах и транспортировать его для питания органов в присутствии молекул СО2 во вдыхаемом воздухе (эффект Вериго-Бора /1/). Многократное (до 1000 ppm и выше) увеличение концентрации СО2 во вдыхаемом воздухе объективно приводит к нарастающему кислородному голоданию тканей тела и резко снижает способность организма бороться с любыми микроорганизмами, в том числе – с вирусами.
В период пандемии новой корона-вирусной инфекции Covid-19 особенно важное значение приобретает оценка факторов, прямо или косвенно влияющих на иммунную, дыхательную и сердечно — сосудистую системы.
Нами была изучена возможная взаимосвязь уровня заболеваемости Сovid-19 и концентрации СО2 в воздухе в различных регионах. Данные по региональной концентрации получены с общедоступных Интернет-ресурсов /2/ и аналогичных.
В Северном полушарии существуют три крупных устойчивых анклава с высоким уровнем концентрации СО2 в атмосфере (вероятно антропогенного происхождения): это густонаселенные промышленные регионы Китая, США и Западной Европы (рис. 2.)
Нами были сопоставлены уровни заболеваемости Сovid-19 в наиболее пострадавших регионах (в частности США и КНР) и концентрации СО2 в воздухе этих регионов на момент начала эпидемии — январь 2020 года
На рис. 3 и рис. 4 слева представлены карты концентрации СО2 в атмосфере регионов. Желтый цвет соответствует среднему уровню концентрации СО2 на планете (400 ppm). С увеличением концентрации, окраска региона темнеет. Черный цвет означает трех-пятикратное превышение концентрации СО2 в атмосфере (до 1200-2000 ppm). Красный цвет фиксирует десятикратное и более превышение концентрации СО2 в атмосфере данного региона над средним уровнем (4000 ppm и более). Справа представлены карты подтвержденных случаев заболевания Сovid-19.
Приведенные данные показывают, что на момент начала эпидемии региональное повышение концентрации СО2 в атмосфере и заболеваемость Сovid-19 на начальных стадиях эпидемии территориально имеют очень высокую корреляцию. Нами была сделана попытка приблизительного расчета коэффициента корреляции концентрации СО2 в атмосфере и заболеваемости covid-19 в предположении линейной связи этих параметров. Для КНР коэффициент корреляции составил 0.93 (очень высокая корреляция). Для США коэффициент корреляции составил 0.82 (высокая корреляция – оценка приблизительная; полные данные по количеству заболевших в конкретных населенных пунктах не доступны). Аналогичная картина наблюдается практически для всех регионов планеты, пострадавших от Сovid-19 (к примеру для Италии).
Следовательно, необходимо сделать вывод о том, что высокая концентрация СО2 способствовала массовому специфическому ослаблению здоровья населения и инспирировала эпидемии Сovid-19, в КНР и США, переросшие в пандемию.
Необходимые усилия по лечению вирусных легочных заболеваний и их предупреждению (вакцинация) должны быть дополнены мерами по снижению уровня СО2 во вдыхаемом воздухе, как фактора ослабления организма, провоцирующего заболевание и эпидемию.
Компенсаторные механизмы человека до определенной степени справляются с кратковременным повышением содержания СО2 до 600-1000 ppm во вдыхаемом воздухе производственной среды. Однако длительное, а при развитии парникового эффекта на Земле, постоянное и значительное превышение концентрации СО2 более 1000 ppm (0.1%) в атмосферном воздухе приведет к необратимым последствиям в виде снижения качества и продолжительности жизни человека, особенно в комплексе с другими составляющими экологической деградации на планете.
Элементарные расчеты показывали, что при сохранении существующих темпов накопления двуокиси углерода в атмосфере, критическая концентрация 500 pmm в атмосфере (экологическая катастрофа) будет достигнута уже через 15 лет. А критическая концентрация двуокиси углерода в атмосфере в 1000 ppm (планетарная гуманитарная катастрофа) будет достигнута не позже, чем через 40 лет. И даже при нулевых темпах роста экономик планеты, критическая концентрация СО2 в атмосфере Земли будет достигнута не позднее, чем через 20 лет и 60 лет соответственно.
Но расчеты оказались излишне оптимистичными. Как видно из приведенных данных региональные концентрации СО2 в атмосфере промышленно развитых регионов США и КНР нарастала значительно быстрее и уже концу 2019 года стала представлять опасность не только для жителей этих регионов, но и через механизмы эпидемий и пандемий для всего населения планеты.
Экономические и гуманитарные потери от пандемии КОВИДа огромны.
Для оздоровления населения необходимо всемерно уменьшать концентрацию СО2 во вдыхаемом воздухе.
Для уменьшения концентрации СО2 в атмосфере нами предлагаются два технически состоятельных и практически реализуемых способа снижения концентрации СО2 во вдыхаемом воздухе и в атмосфере планеты.
Предложения в долгосрочной перспективе (до 20 лет).
Основной технологической операцией в хозяйственной деятельности человечества, ответственной за выбросы СО2 в атмосферу, является нагревание рабочих тел в технологических процессах через сжигание горючего в атмосфере. Если процессы технологического сжигания в атмосфере не остановить, то человечество ожидает череда кризисов которая неизбежно приведет к цивилизационному коллапсу в течение ближайших 20 до 40 лет, что было доказано во многих публикациях, в частности в нашем докладе /3/.
В настоящее время доминирующей стратегией сокращения выбросов парниковых газов является стратегия закрытия производств, генерирующих парниковые газы. Но такая стратегия с неизбежностью приводит к снижению благосостояния и не принимается бизнесом и промышленностью. Мы считаем, что необходимо не закрывать производства, а совершенствовать технологические процессы, замещать технологии нагревания рабочих тел через сжигания в атмосфере иными технологиями, не оставляющими углеродного следа. При этом обязательное условие такого замещения состоит в том, что замещающие технологии должны быть не менее рентабельными и технически эффективными, чем используемый ныне технологии, основанные на сжигании в атмосфере. Иначе бизнес и промышленность просто не примут эти замещающие технологии.
Предлагается с целью кратного сокращения промышленных выбросов СО2 заместить промышленные технологии нагревания рабочих тел путем сжигания в атмосфере горючего экологически чистыми и экономически эффективными технологиями нагревания рабочих тел с помощью объемного высокочастотного прогрева (ОВП). Замещающие ОВП-технологии:
— позволяют сократить промышленные выбросы СО2 в разы;
— не требуют сокращения или ликвидации существующих производств;
— позволяют сохранить или повысить экономическую эффективность и прибыльность существующих производств.
Существующая на данные момент элементная база мощного радиостроения исключает возможность разработки и изготовления рентабельного оборудование для технологий объемного высокочастотного прогрева для массового замещения технологий сжигания в атмосфере. Нами разработана и апробирована отечественная инновационная элементная база (многоструктурные сверхмощные высоковольтные КС-транзисторы) /4,5/, которая позволяет, разрабатывать и изготавливать простые, надежные и высоко рентабельные энергоблоки для ОВП-технологий.
По нашим оценкам (Рис.5) переход промышленного производства планеты на технологии ОВП позволит к 2030 году снизить ежегодные выбросы СО2 до уровня 16 млрд тонн. Это примерно в два раза меньше годового поглощения СО2 океаном и биотой в 2016 году. То есть атмосфера планеты сможет перейти в цикл снижения СО2.
Предложения в краткосрочной перспективе (до двух лет).
Не дожидаясь общего снижения концентрации СО2 в атмосфере (на что понадобятся десятилетия), можно уже сейчас, в течение одного-двух лет массово снизить уровень двуокиси углерода во вдыхаемом воздухе в местах длительного присутствие человека — в жилых, рабочих, учебных, лечебных, общественных помещениях — до безопасных значений в 0.04% и ниже. Снижение уровня СО2 в помещениях настоятельно необходимо в силу того, что двуокись углерода, как более тяжелый газ, скапливается в закрытых помещениях в которых человек проводит большую часть своего времени, что приводит фактически к удвоению концентрации СО2 в помещениях в сравнении с концентрацией за их пределами.
Это особенно актуально для промышленно развитых регионов и крупных городов, в атмосфере которых концентрация двуокиси углерода уже достигла угрожающих значений.
Для снижения концентрации СО2 до безопасного уровня в местах длительного пребывания людей (в помещениях) мы предлагаем к разработке и массовому производству устройство КРАТ – проточный воздухоочиститель, выполняющий функции снижения уровня СО2, обеспыливания и бактериальной стерилизации воздуха.
Ожидаемые характеристики проточного воздухоочистителя КРАТ: производительность от 1 м3/мин и выше; снижение концентрации СО2 от двух раз и более; бактериальная стерилизация от 95% и выше; обеспыливание – десятикратное и выше; расходные материалы отсутствуют.
Физические процессы, используемые в устройстве КРАТ для достижения полезных эффектов (радиочастотная электропорация и другие), исключают изменение химического состава воздуха, ионизацию и иные процессы, имеющие эффект последействия и представляющие потенциальную опасность для потребителя.
Массовое использование устройства оздоровления воздуха «КРАТ» в помещениях позволит существенно укрепить здоровье населения и уменьшить опасность заражения и развития легочных и респираторных заболеваний, особенно в условиях самоизоляции, предполагающей длительное нахождение в закрытых помещениях.
Литература
1. Бор; Hasselbalch, Krogh «О биологически важной взаимосвязи — влиянии содержания углекислого газа в крови на связывание с кислородом».
2. https://calcok.com/raznoe/159.php
3. Краева Л.А. Тихомиров С.Г. Инновационные технологии снижения углеродного следа. Российско-чешская научно-практическая конференция, Чехия, Прага, 16-17 апреля 2018 г.
4. Тихомиров С.Г. Усиление высокочастотных сигналов. Монография, Издательство LAP Lambert. 2010 г.
5. Тихомиров С.Г. Применение высокочастотного прогрева в народном хозяйстве //Научно-практический межотраслевой журнал «ИНТЕГРАЛ», №5 (43), 2008, стр.14.
Краева Л.А., д.м.н, проф.,
Тихомиров С.Г., к.т.н., PhD.
________________________________________________________________________________________________
От редакции: данная статья опубликована в силу крайней важности тематики, связанной с неблагоприятным воздействием СО2 на человека, что было ранее показано в работах Комитета 100:
Проблемы накопления углекислого газа в статье изложены в основном верно (только перепутан метаболический ацидоз с респираторным). Так же, авторы пишут:
«Компенсаторные механизмы человека до определенной степени справляются с кратковременным повышением содержания СО2 до 600-1000 ppm во вдыхаемом воздухе производственной среды. Однако длительное, а при развитии парникового эффекта на Земле, постоянное и значительное превышение концентрации СО2 более 1000 ppm (0.1%) в атмосферном воздухе приведет к необратимым последствиям в виде снижения качества и продолжительности жизни человека, особенно в комплексе с другими составляющими экологической деградации на планете».
В этом случае компенсаторный функциями являются буферные системы организма. В случае, когда причиной респираторного ацидоза является изменение парциального напряжения углекислого газа в крови, тогда основная буферная система организма «СО2 — бикарбонат» перестаёт работать. А это 50% всей буферной емкости организма. Работают только некарбоновые буфера. Из-за этого получаем зависимость изменения кислотности крови от роста концентрации СО2 в атмосфере, т.е. зависимость Робертсона, показанная на графике в статье «Взгляд в будущее» https://k100.space/vzglyad-v-budushhee/ Согласно этой зависимости ацидоз проявляется при концентрации СО2 в атмосфере, равной 426 ppm. Предположим Робертсон ошибся в количественной оценке, тогда откуда взято значение 1000 ppm? Полагаем, что авторы недостаточно разобрались в проблеме, а просто взяли цифру из таблички ПДК СО2 из ГОСТ 30494–2011 «Межгосударственный стандарт. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
Но необходимо отметить, что указанные значения в 600 — 1000 ppm относятся к порогу острого воздействия углекислого газа, способного вызывать «синдром больного здания». Изменение рН крови, гиперкапнию и ацидоз при длительном, непрерывном многолетнем воздействии вызывают гораздо меньшие концентрации СО2, (менее 500 ppm) как было установлено ещё в 60-х годах прошлого столетия:
Елисеева О.В. К обоснованию ПДК двуокиси углерода в воздухе. //Гигиена и санитария. 1964, № 8. С.16–21.
К достоинствам статьи можно отнести то, что авторы статистически подтвердили высказанную в нашей статье «Что у нас под носом? (Человек и углекислый газ)» https://k100.space/chto-u-nas-pod-nosom-chelovek-i-uglekislyj-gaz/ гипотезу о влиянии повышенных концентраций СО2 на усиление воспалительных реакций, выдвинутую на основе данных одного зарубежного исследования, в котором было обнаружено влияние углекислого газа на активность интерлейкина IL-1бета, который продуцирует цитокины — провоспалительные молекулярные соединения.
Что касается технических предложений — замена электрическим нагревом нагрев сжиганием топлива — в принципе уже используемый приём (например бездоменное производство стального проката на Оскольском электрометаллургическом комбинате), который, как считается, повышает экологичность. Но это действительно — локальное решение, т.к. необходимо оценивать глобальное влияние увеличения расхода электроэнергии, которая вырабатывается в основном теплоэнергетикой. То есть, нужно считать «углеродный след» этого метода с учётом увеличения потребления энергии. Вот предложения по аппарату очистки воздуха помещений от СО2 — это конечно то самое, что уже было ещё в начале 21 века. Но, к сожалению, фирма, которая их делала и продавала — обанкротилась, так как не было спроса. Про это написано в нашей статье: «Что у нас под носом? (Человек и углекислый газ)» https://k100.space/chto-u-nas-pod-nosom-chelovek-i-uglekislyj-gaz/
«Была на рубеже 10-х годов такая фирма ООО «ЭНОНТЕК», которая предлагала бытовые утилизаторы СО2 для помещений. Её руководитель, Ирена Владимировна Гурина отлично разбиралась с проблемами углекислого газа. В Москве делала его замеры на улицах. Благодаря ей мы знаем о работах К. Шафера и Д. С. Робертсона. Она мне писала, что дошла до какого-то важного космического ведомства с вопросом об отрицательном влиянии углекислого газа на организм человека, но и там на её вопросы не смогли ответить.
И. В. Гурина автор научных публикаций и соавтор (вместе с Ю. Д. Губернским) книги «Воздух в доме и здоровье» /И. Гурина, Ю. Губернский. — Санкт-Петербург: Веды, Азбука-Аттикус, 2011. Из проспекта фирмы: «ООО „ЭНОНТЕК“ занимается новым инновационным направлением в области очистки воздуха в помещениях — контролем и удалением избыточного углекислого газа (СО2). Для более широкого изучения этого вопроса, наша компания работает с научно-исследовательскими и государственными учреждениями, с научными печатными и интернет изданиями. ООО „ЭНОНТЕК“ поставляет на российский рынок самое современное оборудование по контролю качества воздуха в помещениях, а также современные системы очистки воздуха от повышенного уровня углекислого газа, табачного дыма и других загрязняющих веществ».
Сейчас ни о ней, ни о компании ничего не слышно. Из выписки ЕГРЮЛ: «ООО „ЭНОНТЕК“. Руководитель: Гурина Ирена Владимировна. Организация зарегистрирована 27 мая 2008 года. Организация ликвидирована 28 марта 2017 года».
Ирена Гурина предлагала готовые утилизаторства СО2. Почему же разработчиков инженерных систем и потребителей ещё тогда не заинтересовало это устройство, хотя оно могло быть хорошим элементом для создания системы индивидуальной безопасности.
Причина банальная. Работа этого устройства должна быть согласована и соответствовать воздухообмену в помещении. Согласовывать должен проектировщик на стадии проектирования. Чтобы он это делал, одних технических характеристик не достаточно. Необходимо, чтобы эти действия были прописаны в нормативно-правовой базе.
Все это делает производитель климатического оборудования. Знакомит и даёт рекомендации по использованию этого оборудования проектировщиков так же производитель оборудования.
Мировые производители климатического оборудования это крупные корпорации и их не так много. У них есть свои подразделения, которые занимаются разработками. Ещё в начале нулевых поражали возможности приточно-вытяжных установок Swegon Gold. В России эти возможности использовались только процентов на 30. Уже тогда или чуть позже можно было поддерживать с помощью этих установок концентрацию углекислого газа в помещениях по наперёд заданному значению.
Установка сама, за счёт изменения расхода наружного воздуха, могла поддерживать заданную концентрацию углекислого газа в помещении, если работала на одно помещение.
Когда будет научные доказательства и будет определено значение ПДК по СО2 в атмосфере и помещениях, тогда производители климатического оборудования обеспечат системы вентиляции утилизаторами углекислого газа.
Исходя из изложенного, очевидно, что перед тем, как начинать продвигать какие-либо товары на рынок, необходимо сначала сформировать условия, создающие спрос на эту продукцию. То есть — доказать вредное влияние СО2 на организм, даже в небольших концентрациях, против чего многие возражают, либо утверждая что он полезен для человека, либо надеясь на адаптацию человека к высоким уровням углекислого газа в атмосфере. Чтобы показать несостоятельность «отрицания» вреда СО2 необходимо составить модель «малого углеродного цикла» «атмосфера-организм человека», чтобы показать взаимосвязь между рН крови и концентрацией углекислого газа в наружном воздухе при длительной экспозиции его вдыхания.
Мы этим вопросом в Комитете 100 тоже занимаемся, поэтому приглашаем авторов принять участие в разработке модели.