INTERNACIONALNI UNIVERZITET TRAVNIKSAOBRAĆAJNI FAKULTET

TRAVNIK

SEMINARSKI RADPredmet: EKOLOGIJA U SAOBRAĆAJU

Tema: - Alternativni izvori energije u saobraćaju-

Predmetni profesor : Student: Prof.dr.Krsto Mijanović Eldin Manjušak

Travnik, 2011

-SADRŽAJ-

SAŽETAK......................................................................................................................3

1. UVOD............................................................................................................................4

2. OBLICI ENERGIJE......................................................................................................5

3. ALTERNATIVNI IZVORI ENERGIJE U SAOBRAĆAJU.......................................8

4. ZAKLJUČAK...............................................................................................................19

5. LITERATURA...............................................................................................................20

-SAŽETAK-

U ovom radu pažnju ćemo obratiti na nove obnovljive izvore energije, tj.alternativne izvore koji će zamjeniti trenutne izvore kojih je svakog dana sve manje i manje, koji takođe doprinose sve veču štetu okolišu. U samom uvodu upoznat ćemo se sa pojmom energije općenito a u daljem radu izlaganje će biti usmjereno ka alternativnim izvorima u saobraćaju.

1. Uvod

Riječ energija nastala je od grčke riječi energos što znači aktivnost. Energija je karakteristika sistema kojom se opisuje sposobnost tog sistema da vrši neki rad. Prema međunarodnom sistemu mjernih jedinica, u čast engleskom fizičaru James Prescott Joule-u (1818 - 1889), mjerna jedinica za energiju nazvana je džul (J). Važno svojstvo energije je da ne može niti nastati niti nestati pa je prema tome količina energije u zatvorenom sistemu uvijek konstantna. Ovo svojstvo energije zove se zakon o očuvanju energije koji je prvi puta postavljen u devetnaestom stoljeću. Svi do sad poznati prirodni procesi i fenomeni mogu se objasniti s nekoliko oblika energije prema sljedećim definicijama: kinetička energija, potencijalna energija, toplinska energija, gravitacija, elastičnost, elektromagnetizam, hemijska energija, nuklearna energija i masa.

Iako ne može niti nastati niti nestati, energija može prelaziti iz jednog oblika u drugi. Prelazak energije iz jednog oblika u drugi naziva se rad ili snaga. U čast škotskom inženjeru i izumitelju James Watt-u (1736 - 1819) mjerna jedinica za rad nazvana je vat (W). Jedan vat je rad obavljen u jednoj sekundi prelaskom jednog džula energije iz jednog oblika u drugi (W = 1 J/s). Iz definicije je vidljivo da se u vatima zapravo izražava brzina prelaska energije iz jednog oblika u drugi. Ponekad se kao jedinica mjere za energiju koristi i jedinica vat-sat (Wh). Jedan vat-sat je konstantni rad (snaga) od jednog vata u periodu od jednog sata, pa je prema tome 1Wh = 1 J/s * 3600s = 3600J. Za količinu proizvedene odnosno utrošene električne energije uobičajeno se koriste skraćenice mjerne jedinice Wh, a to su kWh, MWh, i GWh (kilovat-sat, megavat-sat i gigavat-sat).

U automobilskoj industriji uobičajeno se za izražavanje maksimalne snage motora koriste konjske snage. Postoji više definicija konjske snage, ali u automobilskoj industriji važne su samo dvije: mehanička konjska snaga i metrička konjska snaga. Mehanička konjska snaga je otprilike 746 W, a metrička konjska snaga je oko 735,5 W. Uobičajeno je da proizvođači automobila snagu izražavaju u mehaničkim konjskim snagama, ali ponekad se za "uljepšavanje" brojke koriste i metričke konjske snage, osobito kod egzotičnih sportskih automobila. 1

1 http://www.izvorienergije.com/energija.html

2. Oblici energije

Kao što smo već spomenuli u uvodu svi do sad poznati prirodni procesi i fenomeni mogu se objasniti s nekoliko osnovnih oblika energije. U nastavku su neki od tih oblika energije nabrojani i detaljnije objašnjeni.

Potencijalna energija

Potencijalna energija se definira rad koji se obavi protiv dane sile promjenom pozicije promatranog objekta u odnosu na neku referentnu poziciju. Ime „potencijalna energija“ dolazi iz pretpostavke da se takva energija može lako pretvoriti u koristan rad. Ovo nije sasvim tačno za sve sisteme, ali pomaže kod shvaćanja potencijalne energije. Dvije najočitije vrste potencijalne energije su gravitacijska potencijalna energija i elastična potencijalna energija. Gravitacijska potencijalna energija je energija povezana s gravitacijskom silom i djeluje između bilo koja dva objekta koji imaju masu. Proporcionalna je masi objekata, a obrnuto proporcionalna udaljenosti između objekata. Elastična potencijalna energija je potencijalna energija elastičnog objekta poput opruge, katapulta i sl. Nastaje kao posljedica sila koje pokušavaju objekt vratiti u izvorni položaj, a to su najčešće elektromagnetske sile u atomima i molekulama koje tvore objekt. Primjer iskorištavanja gravitacijske potencijalne energije su velike hidroelektrane kod kojih se potencijalna energija vode pretvara u kinetičku energiju kojom se tada pokreće turbina generatora električne energije.

Kinetička energija

Kinetička energija ili energija kretanja je energija potrebna da se neki objekt ubrza na neku brzinu, odnosno energija objekta kod određene brzine u odnosu na neki referentni objekt. Prema klasičnoj mehanici kinetička energija proporcionalna je masi objekta i kvadratu brzine kretanja objekta. Kod brzina usporedivih s brzinom svjetlosti kinetička energija se više ne može računati formulama koje vrijede u normalnoj klasičnoj mehanici, nego se mora upotrijebiti teorija relativnosti. Energija objekta koji se kreće brzinom usporedivom s brzinom svjetlosti računa se Lorentz-ovim transformacijama prema kojima objekt koji bi se kretao brzinom svjetlosti mora imati beskonačnu energiju, pa je samim time i nemoguće ubrzati objekt na brzinu svjetlosti. Primjer iskorištavanja kinetičke energije su recimo pretvaranje energije vjetra u električnu energiju u vjetrenjačama.

Toplinska energija

Toplinska energija je energija nasumičnog gibanja mikroskopskih čestica koje tvore objekt, tj. energetski udio sistema koji se povećava s temperaturom. Toplinska energija prelazi sa jednog objekta na drugi zbog razlike u temperaturi. Toplina se prenosi na tri osnovna načina: kondukcijom, konvekcijom i zračenjem. Kondukcija topline je spontani prijelaz toplinske energije kroz tvar iz toplijeg dijela u hladniji dio u svrhu izjednačavanja temperaturnih razlika. Konvekcija je strujanje kapljevina ili plinova kod kojeg topliji fluid struji prema hladnijem i predaje toplinu okolini. Toplije tijelo zrači jačim elektromagnetskim zračenjem jer što je neko tijelo toplije atomi koji čine to tijelo imaju sve veću energiju i titranje električnih naboja je intenzivnije. Tim zračenjem se toplina može prenositi s jednog

tijela na drugo. Toplinska energije se može direktno koristiti za grijanje ili posredno za dobivanje ostalih oblika energije. Tako se toplinska energija spremljena unutar Zemlje – geotermalna energija - može koristiti za generiranje električne energije.

Električna energija

Električna energija je oblik potencijalne energije u polju Kulonove sile u kojem se čestice istog naboja međusobno odbijaju, a čestice suprotnih naboja se međusobno privlače. Električna energija nedvojbeno je trenutno najvažniji oblik energije koji koristi čovječanstvo jer se relativno jednostavno transportira i što je najvažnije – jednostavno se može pretvoriti u ostale korisne oblike energije poput kinetičke i toplinske energije. Električna energija se trenutno najvećim dijelom proizvodi iz fosilnih goriva i to uglavnom iz ugljena. Budući da fosilna goriva imaju negativne posljedice na okoliš i nisu neiscrpna, sve se više koriste alternativne metode proizvodnje električne energije poput iskorištavanja energije Sunca, energije vode, geotermalne energije, energije vjetra i drugih.

Hemijska energija

Hemijska energija može se definirati kao rad koji obave električne sile prilikom preslagivanja električnih naboja – protona i elektrona – u hemijskim procesima. Ako se hemijska energija sustava smanji u hemijskoj reakciji to znači da je razlika emitirana u okolinu u obliku svijetlosti ili topline, a ako se hemijska energija poveća to znači da je sistem iz okoline uzeo određenu količinu energije i to najčešće u obliku svijetlosti ili topline. Vatra je jedan oblik prelaska hemijske energije u toplinu i svjetlost, a može nastati samo ako su zadovoljena tri osnovna uvjeta za lančanu reakciju: prisutnost dovoljne količine kisika, prisutnost gorivog materijala i prisutnost dovoljne količine topline. Primjer iskorištavanja hemijske energije su fosilna goriva koja izgaranjem oslobađaju toplinu koja se onda direktno preko pritiska pretvara u kinetičku energiju ili se koristi za grijanje neke tekućine u svrhu isparavanja te tekućine i dobivanja kinetičke energije. Elektrana na ugljen primjer je pretvaranja hemijske energije u električnu energiju.

Nuklearna energija

Nuklearna energija je energija koja se dobiva postupcima nuklearne fuzije i nuklearne fisije. Nuklearna fuzija je spajanje dva ili više laka atoma u jedan teži uz oslobađanje određene količine energije u obliku raznih zračenja. Nuklearna fisija je također oslobađanje određene količine energije u obliku raznih zračenja, ali dobiva se cijepanjem teških atoma na dva ili više manja atoma. Kod oba postupka uvijek je masa prije reakcije veća od mase nakon reakcije, a razlika u masama pretvorena je u energiju po Einstein-ovoj formuli E=mc2. Energija Sunca posljedica je neprestane nuklearne fuzije koja se odvija u jezgri zvijezde i u obliku zračenja dolazi do površine i onda zrači u svemir. Istraživanja mogućeg iskorištavanja nuklearne fuzije na zemlji su još u početnoj fazi u obliku međunarodnog ITER projekta, ali za sad nema naznaka da bi se nuklearna fuzija mogla u skorijoj budućnosti koristiti na zemlji. Ali je zato nuklearna fisija dovoljno jednostavan proces koji se široko iskorištava u nuklearnim reaktorima za proizvodnju električne energije.2

2 http://www.izvorienergije.com/energija.html

3. Alternativni izvori energije u saobraćaju

Kako smo se upoznali iz prethodnog teksta kakva sve to može biti energija i odakle možemo da je crpimo sad ćemo da obratimo pažnju na izvore energije u saobraćaju.

Trenutno se većina energetskih potreba čovječanstva namiruje upotrebom vrlo štetnih fosilnih goriva, a u budućnosti će se ta goriva morati zamijeniti čišćim izvorima energije u obliku obnovljivih izvora energije . Kao što se iz rada može vidjeti, dostupne energije ima i više nego dovoljno za pokrivanje svih mogućih budućih energetskih potreba, samo je potrebno pronaći načine čistog i sigurnog iskorištavanja raznih izvora energije, naravno uz postupno smanjenje utjecaja naftnih lobija koji svakom prilikom miniraju sve izvore energije koje oni financijski ne kontroliraju.

Svijet pokriva svoje energetske potrebe uglavnom neobnovljivim izvorima energije, većinom fosilnim gorivima – ugljenom, naftom i prirodnim plinom. Kao što i samo ime govori, ovi izvori energije nisu obnovljivi, a to znači da ne mogu trajati vječno te će u određenom trenutku biti potrošeni. Fosilna goriva su također vrlo štetna za okoliš zbog ispuštanja velike količine ugljičnog dioksida (CO2), zagađenja okoliša u obliku izlijevanja nafte u more te također zbog izazivanja smoga koji je vrlo štetan za zdravlje. Trenutno je možda najnaglašeniji negativni efekt fosilnih goriva globalno zatopljenje – možda najveći izazov s kojim se čovječanstvo srelo u svojoj kratkoj historiji.

Energija Sunca (Solar energy, Solar Power)

Slika 1. Automobil (Toyota prius) sa solarnim kolektorima

Sunce je nama najbliža zvijezda te, neposredno ili posredno, izvor gotovo sve raspoložive energije na Zemlji. Sunčeva energija potječe od nuklearnih reakcija u njegovom središtu, gdje temperatura doseže 15 milijuna °C. Radi se o fuziji, kod koje spajanjem vodikovih atoma nastaje helij, uz oslobađanje velike količine energije. Svake sekunde na ovaj način u helij prelazi oko 600 milijuna tona vodika, pri čemu se masa od nekih 4 milijuna tona

vodika pretvori u energiju. Ova se energija u vidu svjetlosti i topline širi u svemir pa tako jedan njezin mali dio dolazi i do Zemlje. Nuklearna fuzija odvija se na Suncu već oko 5 milijardi godina, kolika je njegova procijenjena starost, a prema raspoloživim zalihama vodika može se izračunati da će se nastaviti još otprilike 5 milijardi godina. Iako je sunčeva energija uzročnik većine izvora energije, u ovom poglavlju koncentrirat ću se na direktno iskorištavanje sunčeve energije. Pod optimalnim uvjetima, na površini Zemlje može se dobiti 1 kW/m2, a stvarna vrijednost ovisi o lokaciji, godišnjem dobu, dobu dana, vremenskim uvjetima itd. Osnovni problemi su iskorištavanja su mala gustoća energetskog toka, velike oscilacije intenziteta zračenja i veliki investicijski troškovi.

Osnovni principi direktnog iskorištavanja energije Sunca su:

solarni kolektori - pripremanje vruče vode i zagrijavanje prostorija fotonaponske ćelije - direktna pretvorba sunčeve energije u električnu energiju fokusiranje sunčeve energije - upotreba u velikim energetskim postrojenjima

Solarni kolektori pretvaraju sunčevu energiju u toplinsku energiju vode (ili neke druge tekućine). Sistemi za grijanje vode mogu biti ili otvoreni, u kojima voda koju treba zagrijati prolazi direktno kroz kolektor na krovu, ili zatvoreni, u kojima su kolektori popunjeni tekućinom koja se ne smrzava (npr. antifriz). Zatvoreni sistemi mogu se koristiti bilo gdje, čak i kod vanjskih temperatura ispod nule. Tijekom dana, ako je lijepo vrijeme, voda može biti grijana samo u kolektorima. Ako vrijeme nije lijepo, kolektori pomažu u grijanju vode i time smanjuju potrošnju struje. Solarni kolektori su vrlo korisni i kod grijanja bazena. U tom slučaju temperatura vode je niska i jednostavnije je održavati temperaturu pomoću otvorenih sistema grijanja. Na takav način optimalna temperatura bazena održava se nekoliko sedmica više u godini nego bez sistema grijanja vode. Postoje i kolektori koji direktno griju zrak. Ti sistemi cirkuliraju zrak kroz kolektore i na taj način prenose velik dio energije na zrak. Taj se zrak kasnije vrača u grijanu prostoriju i na taj način se održava temperatura u prostoriji. Kombinacijom grijanja zraka i grijanja vode može se postići vrlo velika ušteda.

Fotonaponske ćelije su poluvodički elementi koji direktno pretvaraju energiju sunčeva zračenja u električnu energiju. Efikasnost ime je od 10% za jeftinije izvedbe s amorfnim silicijem, do 25% za skuplje izvedbe. Za sada su još uvijek ekonomski nerentabilni jer im je cijena oko 6000 $/kW. Fotonaponske ćelije mogu se koristiti kao samostalni izvori energije ili kao dodatni izvor energije. Kao samostalni izvor energije koristi se npr. na satelitima, cestovnim znakovima, kalkulatorima i udaljenim objektima koji zahtijevaju dugotrajni izvor energije. U svemiru je i snaga sunčeva zračenja puno veća jer Zemljina atmosfera apsorbira veliki dio zračenja pa je i dobivena energija veća. Kao dodatni izvori energije fotonaponske ćelije mogu se na primjer priključiti na električnu mrežu, ali za sada je to neisplativo.

Kao što vidimo sunčeva energija itekako pomaže u saobraćaju, kolektori se sve više ugrađuju u automobilskoj industriji, u industrijske pogone što pomaže znatno manjoj potrošnji električne energije koja dolazi iz neobnovljivih resursa npr. .iz termoeletkrana koje sagorijevaju fosilna goriva i dr.

Bioenergija (Bioenergy)

Biomasa je obnovljiv izvor energije, a čine ju brojni proizvodi biljnog i životinjskog svijeta. Može se izravno pretvarati u energiju izgaranjem te tako proizvesti vodena para za grijanje u industriji (automobilskoj) i kućanstvima te dobivati električna energija u malim termoelektranama. Fermentacija u alkohol zasad je najrazvijenija metoda hemijske konverzije biomase. Bioplin nastao fermentacijom bez prisutnosti kisika sadrži metan i ugljik te se može upotrebljavati kao gorivo, a ostali savremeni postupci korištenja energije biomase uključuju i pirolizu, rasplinjavanje te dobivanje vodika. Glavna je prednost biomase u odnosu na fosilna goriva manja emisija štetnih plinova i otpadnih voda. Dodatne su prednosti zbrinjavanje i iskorištavanje otpada i ostataka iz poljoprivrede, šumarstva i drvne industrije, smanjenje uvoza energenta, ulaganje u poljoprivredu i nerazvijena područja i povećanje sigurnosti opskrbe energijom. Predviđa se da će do sredine stoljeća u svijetu udjel biomase u potrošnji energije iznositi između 30 i 40 posto. Švedska je npr. 1998. dobivala iz korištenja biomase 18% energije, a Finska 10%. Prema dokumentima EU predviđa se da će proizvodnja energije iz biomase u odnosu na ostale obnovljive izvore energije 2010. iznositi 73%. Ukrajina ima instalirane kapacitete od 320 MW za dobivanje struje upravo korištenjem biomase.

Energija od drva

U Europskoj Uniji 58% primarne energije dobivene od obnovljivih izvora energije dolazi iz drva. Tu veliki udio ima tradicionalno iskorištavanje potencijala šuma. U Francuskoj se proizvodi najviše primarne energije iz drva. To je u 2000. godini iznosilo 9.8 Mtoe energije dobivene na taj način. Švedska (8.3 Mtoe) i Finska (7.5 Mtoe) također znatno koriste energiju iz drva. Iako toplinska potrošnja (grijanje kuća, grijanje vode) predstavlja glavni dio proizvodnje energije, dio energije drva se pretvara i u električnu energiju. U 1999. godini u Europskoj Uniji na taj način proizvedeno je 17.3 TWh električne energije. Plan je da se 2010. godine proizvede 100 Mtoe energije iz drva, a trenutni trend pokazuje da će biti ostvareno 62 Mtoe. Najvažnija je pretvorba u električnu energiju.

Bioplin

Između 1990. i 2000. godine kontinuirano se povećavao broj elektrana na bioplin. Danas ima oko 3000 elektrana u Europi, a treba im dodati i 450 odlagališta smeča koja valoriziraju bioplin. Godišnja proizvodnja tih pogona je oko 2304 ktoe, a to je oko 5% od ukupno proizvedene energije od biomase u Europi. Ujedinjeno kraljevstvo je vodeći proizvođač korisne energije iz bioplina sa 897 ktoe ili 39% europske proizvodnje. Ta energija dobiva se iz više od 400 postrojenja. Njemačka je na drugom mjestu sa 525 ktoe u 2000. godini. Najveći napredak u Njemačkoj proizlazi iz bioplina dobivenog agrikulturom. U 2000. uključeno je 400 dodatnih takvih pogona i sad ih ima 1050. Na trećem mjestu je Francuska sa 167 ktoe godišnje proizvodnje. Cilj Europske Unije je 15 Mtoe proizvedene bioplinom. Da bi se to postiglo potreban je godišnji rast od bar 30%.

Biogoriva

Biogoriva su sastavljena od dva različita sektora: etanol i biodizel goriva. Etanol se koristi kao dodatak za benzinske motore, a biodizel kao dodatak za dizelske motore. Neki

motori dopuštaju upotrebu čistog etanola ili biodizela, ali to je ograničeno državnim regulativama. Količina proizvedenog etanola godišnje je porasla sa 47.500 tona 1993. na 191.000 tona 2000. godine. Glavni proizvođač ovog goriva je Francuska sa 91.000 tona proizvedenih 2000. Španjolska je na drugom mjestu sa 80.000 tona. Sljedeća je Švedska sa 20.000 tona. Proizvodnja biodizela povećala se još više. Od 55.000 tona 1992. narasla je na 700.000 tona u 2000. godini. I u ovoj grani Francuska je vodeća sa 47% ili 328.000 tona. Njemačka drži drugo mjesto sa 246.000 tona. U Europskoj uniji još samo tri države proizvode biodizelsko gorivo: Italija (78.000 tona), Austrija (27.600 tona) i Belgija (20.000 tona). Plan Europske Unije je da 2010. godine proizvede 17 milijuna tona biogoriva. Prema sadašnjim podacima plan neće biti ostvaren jer će se proizvesti samo 11.7 milijuna tona biogoriva.

Biogoriva (Biofuels)

U zadnje vrijeme sve se više priča o biogorivu kao zamjeni za tradicionalna fosilna goriva i većina političara govori o tome kao o savršenom obnovljivom izvoru energije kojega može proizvoditi bilo tko i na taj način smanjiti ovisnost o uvozu energenata. Iako priča oko smanjenja ovisnosti o uvozu energenata stoji, malo detaljnije proučavanje nastanka, svojstava i načina iskorištavanja biogoriva rezultira zaključkom da su biogoriva izuzetno opasna za razvoj čovječanstva. Iako je prilično teško naći neku zadovoljavajuću definiciju biogoriva, u ovom radu će biti pokušano određivanje osnovnih svojstava i karakteristika biogoriva, njegovih pozitivnih strana, ali također i opasnosti koje donosi te utjecaj koji ima/će imati na ukupnu svijetsku privredu.

Stoga ćemo prvo krenuti od već spomenutog definiranja biogoriva kao novog obnovljivog izvora energije, da bi zatim preko osnovnih svojstava došli do dvije najčešće vrste biogoriva (etanol i biodizel), ali i do same podjele biogoriva u dvije generacije. Na samom kraju rada osvrnut ćemo se na negativne posljedice proizvodnje ovog izvora energije, čiji će temelj biti istraživanja i mišljenja brojnih svjetskih stručnjaka koji se, ponukani mišljenjem većeg dijela čovječanstva o biogorivima kao novoj nadi za smanjenje ovisnosti o štetnim i već gotovo iskorištenim fosilnim gorivima, odupiru sve većoj proizvodnji jer će ona rezultirati još većim jazom što se tiče razvijenih i nerazvijenih dijelova svijeta.

Biomasa - Temelj proizvodnje biogoriva

Ovaj pojam koji je zapravo skraćenica pojma biološka masa, označava količinu materijala donedavno živućeg podrijetla (biljke, životinje i njihovi produkti) koji se nalazi na određenom području Zemljine površine. Najviše je poznat iz raznih rasprava o energiji biomase, odnosno o gorivima koja mogu biti proizvedena posredno ili neposredno iz bioloških izvora. Biomasa je obnovljiv izvor energije koji se temelji na ugljikovom ciklusu, za razliku od ostalih prirodnih izvora kao što su nafta, ugljen i nuklearna goriva. Energija biomase iz drva, ostataka žetve i gnojiva su primarni izvori energije u razvijenim regijama. U nekim područjima je biomasa i najveći izvor energije kao što je to slučaj u Brazilu, gdje je zastupljena pretvorba šećerne trske u etanol ili pak u kineskoj pokrajini Sečuan, gdje se gorivo proizvodi iz gnojiva. Za neka područja u svijetu je tipična uporaba određenih izvora biomase u proizvodnji goriva, kao što je vidljivo i iz gore navedenih primjera. U SAD-u su za sada najviše zastupljeni kukuruz, visoka prerijska trava i soja, dok Europa u proizvodnji biogoriva koristi uljanu repicu, pšenicu i šećernu repu. U jugoistočnoj Aziji prednost ima palmino ulje, a u Kini sirak i manioka. Provode se razna istraživanja u svrhu unaprjeđenja proizvodnje

energije biomase, ali ekonomski rival nafta usporava ta nastojanja i zadržava ih na ranom stadiju razvitka.

Biogoriva - Određenje i podjela

Pošto smo odredili biomase kao izvor za proizvodnju biogoriva, sljedeći korak bio bi određivanje bio goriva kao takvih. Najjednostavnija definicija biogoriva mogla bi glasiti: „Biogoriva su tekuća ili plinska goriva za potrebe prijevoza, proizvedena iz biomase“. Biogoriva mogu biti proizvedena neposredno iz biljaka ili posredno iz industrijskog, komercijalnog, domaćeg i poljoprivrednog otpada. Postoje tri osnovne metode proizvodnje biogoriva. Prva se temelji na spaljivanju suhog organskog otpada ( kućanskog otpada, industrijskog i poljoprivrednog otpada, slame, drva i treseta). Zatim je tu fermentacija mokrog otpada (gnojiva životinjskog podrijetla) bez prisutnosti kisika kako bi se proizvelo biogorivo sa čak 60% metana te fermentacija šećerne trske ili kukuruza kako bi se proizveo alkohol i esteri. Konačno tu je i energija koja je dobivena šumarstvom, odnosno uzgojem brzorastućeg drveća za proizvodnju goriva. Međutim, svakako je najpoznatije fermentacija, čiji su produkti dvije najpoznatije vrste biogoriva: alkohol i esteri. Oni bi teoretski mogli zamijeniti fosilna goriva, ali budući da bi bila potrebna prilagođavanja strojeva, najčešće se koriste u mješavini s fosilnim gorivima.

Biogoriva imaju potencijal usmjeren smanjivanju produkcije ugljičnog dioksida CO2. To se prvenstveno temelji na činjenici da biljke, iz kojih se proizvode biogoriva, apsorbiraju CO2 prilikom svog rasta, koji se pak oslobađa prilikom sagorijevanja biogoriva. Međutim, budući da je energija potrebna za rast i uzgoj biljaka te njihovu pretvorbu u biogoriva i zatim distribuciju, posve je jasno kako se oslobađa dodatna količina ugljičnog dioksida. Emisije ugljičnog dioksida koji se oslobađa prilikom proizvodnje i distribucije biogoriva se mogu izračunati pomoću tehnike nazvane "Life Cycle Analysis (LCA)" koja se temelji na praćenju i izračunavanju emisije CO2 od početka rasta biljke, odnosno stavljanja sjemenke u zemlju pa do ispuštanja plina tijekom izgaranja u motoru automobila. Urađene su različite studije za različita biogoriva, čiji su rezultati također bili različito diferencirani. Većina LCA studija pokazalo je kako biogoriva u usporedbi sa fosilnim gorivima stvaraju znatno manje količine štetnih stakleničkih plinova te bi njihova uporaba, odnosno zamjena fosilnih goriva značila značajnu redukciju efekta staklenika.

Postoje različite vrste biogoriva koje se dijele na prvu i drugu generaciju ovisno o izvoru materijala za proizvodnju, troškova proizvodnje, cijeni i emisiji CO2. Prva generacija biogoriva se temelji na proizvodnji iz šećera, škroba, biljnih ulja ili životinjskih masti, dok se za proizvodnju druge generacije koriste poljoprivredni i šumski otpad.

Prva generacija biogoriva

Već je spomenuto kako prva generacija biogoriva nastaje iz različitih biljnih i životinjskih tvari. Najpoznatije vrste prve generacije biogoriva su etanol, biodizel i bioplin.

Etanol

Slika 2.Razna bio goriva na pumpama.

Etilni alkohol ili etanol, C2H5OH, je prozirna, bezbojna tekućina, specifičnog okusa i karakterističnog ugodnog mirisa. Najčešće se nalazi u alkoholnim pićima kao što je pivo, vino i konjak. Zbog niske temperature ledišta korišten je kao tekućina u termometrima na temperaturi ispod -40 °C (-40 °F), te kao antifriz u automobilima.

Etanol je najčešće koncentriran destilacijom razrijeđene otopine. Etanol koji se koristi u komercijalne svrhe sadrži 95% etanola i 5% vode. Ovaj ostatak vode se može oduzeti pomoću određenog enzima te na taj način nastaje apsolutni etanol. Temperatura na kojoj se etanol počinje topiti je -114.1 °C (-173.4 °F), temperatura vrelišta iznosi 78.5 °C (173.3 °F).

Najstariji način proizvodnje etanola jest fermentacija šećera. Sva alkohola pića i više od polovice industrijskog etanola još se uvijek dobiva na isti način. Škrob koji se nalazi u krompiru, kukuruz i ostale žitarice uz pomoć enzima kvasca i drugih enzima pretvara se u etanol i ugljični dioksid.

C6H12O6→ 2C2H5OH + 2CO2

Ova formula je zapravo jednostavan prikaz procesa u kome se stvara još mnoštvo drugih produkata. Tekućina dobivena na ovaj način, koja sadrži 7 do 12% etanola biva nizom destilacija pretvorena u 95%-tni etanol. Velike količine etanola koji nije namijenjen

proizvodnji pića dobiva se sintetički iz acetaldehida koji se dobiva iz acetilena ili pak iz etilena koji se dobiva iz nafte. Etanol može biti oksidiran prvo u acetaldehid, a zatim u octenu kiselinu. Ukoliko se podvrgne dehidraciji, nastaje eter. Ostali proizvodi koji se dobivaju iz etanola su butadien iz kojeg se izrađuje sintetička guma, zatim etilni klorid (lokalni anestetik) i mnogi drugi organski spojevi. Pomiješan s benzinom etanol daje spoj gasohol koji se koristi kao automobilsko gorivo. Također se može miješati s vodom i mnogim organskim otopinama u svim omjerima. Odlično je otapalo različitih tvari i koristi se u proizvodnji parfema, lakova, celuloida i eksploziva. Alkoholne otopine neisparivih tvari nazivaju se tinkturama. U slučaju kada podliježe isparavanju, otopina se naziva špirit.

Većina industrijskog etanola je denaturirana kako bi se izbjegla njegova upotreba kao alkohola. Taj proces uključuje miješanje etanola s otrovnim ili neugodnim tvarima koje čine etanol nemogućim za ispijanje. Odstranjivanje tih tvari bi podrazumijevalo seriju tretmana skupljih od poreza na alkoholna pića.

Bioplin

Bioplin nastaje procesom anaerobne pretvorbe organskih materijala (biorazgradljiv otpad, energetske tvari) uz pomoć anaerobnih organizama, a proizveden sadrži metan i ugljični dioksid. Bioplin se može koristiti kao izvor struje te za zagrijavanje prostorija i vode. Kao gorivo, pronalazi svoju upotrebu u motoru s unutarnjim sagorijevanjem. Tipični sastav bioplina je prikazan u tablici.

Druga generacija biogoriva

Druga generacija biogoriva dobivena je preradom poljoprivrednog i šumskog otpada. Za razliku od prve generacije, biogoriva ove generacije znatno bi mogla reducirati emisiju CO2, a uz to ne koriste izvore hrane kao temelj proizvodnje i neke vrste osiguravaju bolji rad motora. Biogoriva druge generacije koja su trenutačno u proizvodnji su: biohidrogen, bio – DME, biometanol, DMF, HTU dizel, Fischer – Tropsch dizel i mješavine alkohola.

Biohidrogen

Ova vrsta biogoriva mogla bi biti najzastupljenija u budućnosti, budući da je obnovljiva, ne uzrokuje emisiju stakleničkih plinova pri sagorijevanju, već oslobađa energiju te se lako pretvara u električnu energiju pomoću ćelija za gorivo. Kod proizvodnje biohidrogena uz pomoć fotosintetičkih mikroorganizama, potreban je jednostavan solarni reaktor, kao prozirna zatvorena kutija i neznatni energijski izvor. Elektrokemijska proizvodnja biohidrogena pomoću solarne baterije zahtijeva, međutim, jake energetske izvore. Postoje različiti procesi proizvodnje biohidrogena. Neke od njih su: biofotoliza vode pomoću mikroalgi ili cijanobakterija, proizvodnja biohidrogena uz pomoć određenih enzima (hidrogenaza, nitrogenaza), proizvodnja pomoću fotosintetskih bakterija, kombinacija fotosintetskih i anaerobnih bakterija kod

Tvar %  Metan, CH4 50 – 75    Ugljični dioksid, CO2 25 - 50    Dušik, N2 0 - 10    Vodik, H2 0 - 1    Vodikov sulfid, H2S 0 - 3    Kisik, O2 0 - 1  

Tabela 1. Sastav bioplina

proizvodnje. Sama proizvodnja biohidrogena je najzahtjevnija s obzirom na okoliš. Budućnost ovog procesa ovisi ne samo o poboljšanjima na temelju istraživanja, već i o ekonomskim zahtjevima, društvenoj prilagodljivosti i razvitku hidrogenskog energijskog sustava.

Bio – DME

Bio – DME ili biodimetileter je jako sličan biometanolu o kojem će biti riječ kasnije. Može se proizvesti neposredno iz sintetičkog plina, koji je još uvijek u razvitku. Međutim, u hemijskoj industriji, DME se proizvodi iz čistog metanola procesom katalitičke dehidracije, kojom se hemijski razdvaja voda od metanola. Ovakav metanol može se proizvesti iz ugljena, prirodnog plina ili biomase. Često se produkcija metanola i DME obuhvaća jednim procesom. Tek nedavno se na DME počelo gledati kao na mogući izvor goriva. U prošlosti je bio korišten kao zamjena kloroflourkarbonu u sprejevima. Međutim, zbog svoje niske temperature sagorijevanja i visokog oktanskog broja pogodan je kao gorivo u dizelskim motorima. Iako ne potiče koroziju metala (kao bioetanol i biometanol), DME utječe na određene vrste plastike i gume nakon određenog vremena. Na sobnoj temperaturi je u plinovitom stanju, dok u tekuće prelazi ukoliko je tlak iznad 5 bara ili na temperaturi nižoj od -25 °C.

Biometanol

Ova vrsta goriva druge generacije može također biti proizvedena iz sintetičkog plina, koji se dobiva iz biomase. Može se koristiti kao zamjena nafte u paljenju motora na iskru zbog visokog oktanskog broja. Baš kao i kod bioetanola, kod upotrebe ovog goriva trebali bi u obzir uzeti niski tlak isparavanja, nisku energiju gustoće i nekompatibilnost s materijalima u motoru. 10 – 20% biometanola pomiješanog s naftom može se koristiti u motorima bez potrebe za njihovom modifikacijom. Budući da biometanol gori nevidljivim plamenom i znatno je otrovan, treba prilikom uporabe poduzeti stroge mjere opreza.

DMF

DMF ili dimetilformamid je organski spoj čija kemijska formula glasi (CH3)2NC(O)H. Ova bezbojna tekućina se može miješati s vodom i većinom organskih spojeva. Također se često koristi kao otopina u hemijskim reakcijama. Dobiva se procesom reakcije dimetil amina i ugljičnog monoksida pri niskom tlaku i temperaturi. Svoju upotrebu, osim kao gorivo, pronalazi u farmaciji, proizvodnji pesticida, sintetičkih vlakana i sličnih materijala. Smatra se kako DMF uzrokuje rak u ljudi te također neke mane prilikom rođenja.

HTU dizel

HydroThermalUpgrading (HTU) je tehnologija pretvorbe biogoriva iz izvora kao što je mokra biomasa životinjskog podrijetla. Na temperaturi od 300 - 350 °C i visokom tlaku biomasa se pretvara u organsku tekućinu koja sadržava mješavinu ugljikovodika. Nakon procesa katalitičke hidrodeoksigenacije (HDO) može se proizvesti tekuće biogorivo, slično fosilnim gorivima. Za sada se ova tehnologija koristi samo u Nizozemskoj, gdje se i nalazi pokusni HTU pogon.

Fischer – Tropsch dizel

Fischer – Tropsch proces je katalitička kemijska reakcija prilikom koje se ugljikov monoksid i vodik pretvaraju u tekući ugljikovodik različitih oblika. Pri tome se koriste tipični katalizatori kao željezo ili kobalt.Formula je: (2n+1)H2 + nCO → CnH(2n+2) + nH2O. Osnovni cilj ovog procesa je produkcija sintetičke zamjene nafti, prvenstveno od ugljena ili prirodnog plina, a da bi se upotrijebila kao sintetičko ulje za podmazivanje ili sintetičko gorivo.

Mješavine alkohola

Sintetički plin, mješavina ugljikovog monoksida i vodika, može se proizvesti iz biomase kroz niz termalnih procesa, kao isparavanje. Katalitičkim reakcija se može pretvoriti u goriva, kao etanol i kemikalije velike vrijednosti, kao propanol i butanol. Trenutačni katalizatori za sintezu "mješanih alkohola" su proizvedeni za sintetički plin dobiven iz ugljena ili pare metana. Međutim, oni nisu baš najbolje rješenje te se pokušavaju proizvesti poboljšani katalizatori koji bi usavršili proizvodnju ove vrste biogoriva.

Utjecaj biogoriva ???

Biogoriva kao zamjena fosilnih goriva svakako nose sa sobom pozitivnu notu što se tiče utjecaja na okoliš jer za razliku od fosilnih goriva, koja malo po malo bivaju iskorištena, ona znatno reduciraju negativne posljedice koje nastaju upotrebom fosilnih goriva. No ukoliko uzmemo u obzir izvor za proizvodnju biogoriva, moramo se zapitati, jesu li ona zaista dobro rješenje za sveopće pučanstvo svijeta.

Naime, proizvodnja biogoriva je zapravo direktna pretvorba hrane u naftu, pa bi dodatna potražnja za nekim vrstama hrane mogla dići cijenu te hrane i tako izravno povećati rasprostranjenost gladi u svijetu jer veća cijena znači i manju dostupnost te hrane siromašnijim državama. Jean Ziegler, UN-ov specijalni izvjestitelj iz programa "Pravo na hranu" (Right to Food), izjavio je 2007 da će proizvodnja biogoriva povećati glad u svijetu, a svoju je izjavu potkrijepio činjenicom da je proizvodnja biogoriva pripomogla dizanju cijena nekih vrsta hrane na rekordne razine. Također je rekao da smatra legitimnim pravom država da proizvode biogoriva, ali smatra da "efekt pretvorbe stotina i stotina hiljada tona kukuruza, pšenice, grahorica i palminog ulja u gorivo je apsolutna katastrofa za gladne ljude". Dodao je i da se cijena pšenice na svjetskoj razini udvostručila u zadnjih godinu dana, a cijena kukuruza se u istom periodu čak učetverostručila i time su siromašne države u Africi došle u situaciju da si više ne mogu priuštiti uvoz hrane. Na kraju je zaključio da je proizvodnja

Slika 3. Hrana ili gorivo?

biogoriva zapravo zločin protiv čovječnosti. Utjecaj proizvodnje biogoriva na cijenu hrane možda je najbolje vidljiv u SAD-u. U SAD-u se poljoprivrednici sve više posvećuju proizvodnji kukuruza koji se kasnije pretvara u etanol, a povećana proizvodnja kukuruza znači smanjenju proizvodnju ostale hrane i dizanje cijene te hrane. Uz smanjenje proizvodnje ostalih žitarica usporedno se događa i nadmetanje proizvođača etanola i proizvođača mesa za kukuruz, pa se povećava i cijena kukuruza kojeg se zbog dobiti proizvodi sve više, a samim tim će se u budućnosti povećati cijena mesa.

Biogoriva se trenutno najviše proizvode od šećerne trske, kukuruza, soje i uljane repice, a istovremeno trenutno u svijetu postoji oko 850 milijuna ljudi koji nemaju dovoljno hrane. Kad se uzme u obzir trenutni trend pretvaranja hrane u gorivo u bogatim državama, lakše je shvatiti izjavu koju je jednom dao Jean Ziegler: „Svako dijete koje umre od gladi u današnjem svijetu zapravo je ubijeno dijete (2006)“ (Every child who dies of hunger in today's world has been murdered - 2006).

Biogoriva iz algi

Ovisnost svijeta o neobnovljivim izvorima energije, uglavnom fosilnim gorivima, trn je u oku mnogih znanstvenika i aktivista za zaštitu okoliša diljem svijeta. Samim time ne iznenađuju globalna nastojanja da se smanji ovisnost o fosilnim gorivima i pronađu ekonomski prihvatljiva alternativna goriva i da se time znatno smanje emisije štetnog ugljičnog dioksida u atmosferu. Jedna od alternativa o kojoj se najviše priča su biogoriva. Biogoriva su zbog svoje sličnosti s naftnim derivatima poprilično dobra alternativa fosilnim gorivima i korištenje biogoriva rezultira s manjim emisijama CO2 u atmosferu. Zbog toga su biogoriva ekološki puno prihvatljivija od konkurentskih fosilnih goriva. Manje ukupne emisije ugljičnog dioksida iz biogoriva rezultat su zatvorenog ugljičnog kruga – biljke i alge uzimaju iz atmosfere ugljični dioksid da bi mogle rasti, a kad se biogoriva upotrebljavaju taj isti ugljični dioksid se vraća natrag u atmosferu. Ugljični otisak fosilnih goriva ide u samo jednom smjeru – iz zemlje u atmosferu, tj.u niti jednom koraku proizvodnje i korištenja fosilnih goriva ne smanjuje se količina CO2 u atmosferi.

Biogorivo može biti čvrsto, tekuće ili čak plinovito gorivo koje je proizvedeno iz biološkog materijala. Kod organizama koji obavljaju fotosintezu, kao na primjer kukuruz ili soja, biljke koriste energiju sunca i vodu da bi pretvorile dostupni ugljični dioksid u ugljikohidrate, tj. da bi pohranile energiju. Ovakav proces je zapravo dvostruko koristan: ne samo da je proizvedeno gorivo, nego je za to potrošena određena količina ugljičnog dioksida pa ovakva proizvodnja goriva ima pozitivni učinak i s energetske i s ekološke točke gledanja. Iako se biogoriva mogu proizvoditi od bilo kakvih izvora ugljika, danas se uglavnom koriste razne vrste ratarskih biljaka diljem svijeta. Postoji mala razlika između različitih biljaka u smislu goriva koje se od njih proizvodi. Na primjer etanol se proizvodi od biljaka koje sadrže puno šećera (šećerna trska, kukuruz), a za proizvodnju biodizela koriste se biljke koje sadrže više ulja (soja, kanola, uljana repica).

Biogoriva imaju mnoge prednosti, ali postoje i nedostaci. Uzgajanje biljaka za proizvodnju biogoriva zahtjeva kvalitetna poljoprivredna zemljišta a to naravno povećava potražnju za takvim zemljištima i diže cijenu. Najveći problem s biogorivima je zapravo činjenica da je proizvodnja biogoriva pretvaranje hrane u gorivo, a to loše utječe i na cijenu i na dostupnost hrane diljem svijeta, a već sad postoji gotovo milijarda ljudi koji žive na rubu

gladi. Prema tome pretvaranje hrane u gorivo ne izgleda kao logičan izbor za rješavanje energetskih problema.

Proizvodnja biogoriva iz algi ima mnoge prednosti koje taj postupak čine gotovo savršenim izvorom goriva. Alge rastu 50 do 100 puta brže od tradicionalnih kultura za proizvodnju biogoriva. Dodatna velika prednost je to što su alge jednostanični organizmi koji ne zahtijevaju svježu pitku i zemljište da bi rasli, a to znatno pojednostavnjuje proizvodnju. Prema nekim stručnjacima proizvodnja goriva iz algi je najbolja alternativa fosilnim gorivima i uz dobru podršku ta bi biogoriva u budućnosti mogla u potpunosti izbaciti fosilna goriva iz upotrebe.

Biogoriva temeljena na algama definitivno imaju potencijala pokrenuti revoluciju u energetskoj industriji i mogla bi igrati vodeću ulogu u borbi protiv stakleničkih plinova i klimatskih promjena. Naravno, da bi se došlo do toga morat će se pokrenuti još mnoga istraživanja i biti će potrebna znatna financijska sredstva. Kompanije poput Solix Biofuels su pioniri koji bi mogli pogurati ovaj energetski sektor u jedan od najkompetitivnijih na energetskom tržištu. Lobiji iza fosilnih goriva su još uvijek prejaki, ali s rastućim problemom globalnih klimatskih promjena ti lobiji bi uskoro mogli u određenoj mjeri oslabiti, čime bi se širom otvorila vrata alternativnim gorivima.

4. Zaključak

Na temelju svega dosad napisanog možemo zaključiti kako biogoriva nisu savršenstvo čiju upotrebu treba čim prije omogućiti, već treba sagledati i negativne strane koje ono sa sobom donosi. Naravno da u usporedbi s fosilnim gorivima, kojih ima sve manje i čije zalihe se bliže kraju, ona se čine kao rješenje. Ali je li zaista sve tako bajno?

Iz mišljenja različitih stručnjaka i provedenih istraživanja lako je zaključiti kako, unatoč brojnim prednosti biogoriva, ona ne smiju biti uzimana zdravo za gotovo, već se treba posvetiti drugim stranama, kao što je usavršavanje procesa proizvodnje biogoriva i uklanjanja njihovih štetnih posljedica. No je li to moguće? Znanstvenici se desetljećima bore kako bi donekle smanjili štetan utjecaj fosilnih goriva pa kako će se onda suočiti s ovom novom vrstom goriva koje je tek u razvoju i zapravo tek treba odrediti sve posljedice koje može imati njihova upotreba.

Što se svjetske ekonomije, a pogotovo siromašnih država tiče, mora se naći neko rješenje koje bi omogućilo da ako ne poboljšaju svoj položaj, barem ne potonu u još veću bijedu i siromaštvo. Jer to i donosi proizvodnja biogoriva, čiji temelj su organske tvari, a prvenstveno hrana u smislu žitarica, koje čine najveći udio u proizvodnji. Zbog već spomenutog porasta cijena hrane, pitanje je vremena kada će siromašno pučanstvo u nerazvijenim predjelima u potpunosti izumrijeti kao posljedica sve većeg porasta troškova osnovnih namirnica. Stoga se, barem za sada moramo složiti s već spomenutom izjavom kako je svako dijete koje umre od gladi u današnjem svijetu zapravo ubijeno dijete, a čemu će, po svemu sudeći, proizvodnja biogoriva još više pridonijeti.

5. LITERATURA

I. knjige, udžbenici, skripte, internet i ostali izvori

-http://www.izvorienergije.com/proizvodnja_biogoriva_iz_algi.html