UNIVERZITET „DŽEMAL BIJEDIĆ“

NASTAVNIČKI FAKULTET

MOSTAR

SEMINARSKI RAD

Predmet: Novi materijali

Kompoziti i alternativni izvori energije

Mentor: Student:

Prof.Ana Beroš Jasmina Rahimić

Mostar, decembar 2014.

Sadržaj

1.SAŽETAK...................................................................................................................................4

2.UVOD...........................................................................................................................................5

3. Podjela kompozitnih materijala...................................................................................................7

3.1. Sastojci kompozitnih materijala…………………………….......................…..........….….8

3.1.1. Međufaza i interfejs.................……………………………….......……….........……9

3.1.2.Vlaknasto-matrični kompoziti…………..……………………………..........…...….10

3.1.2.1. Faktori poboljšanja performansi kompozita.......................................................10

3.1.3. Ljuskasti kompoziti………………………………………….……………..............12

3.1.4. Kermeti................……………………………………………………………..........13

3.1.5. Punjeni kompoziti......................................................................................................14

3.1.6.Lisnati kompoziti........................................................................................................14

4.Postupak dobijanja kompozita…………………………………….....……......................15

4.1. Sinterovanje…………………………………………………….…….........................15

4.2. Impregniranje………………………………………………….…………...................15

4.3. Postupak nanošenja pokrivke.......................................................................................16

4.4. Plazmeni postupak.......................................................................................................16

4.5. Vruće presovanje..........................................................................................................17

4.6.Elektrolitički.postupak...................................................................................................17

5.Alternativni izvori energije……………………………………………................................18

5.1. Tehnologije obnovljivih izvora energije……………………………………...............18

6. Vjetar kao alternativni izvor energije……………………………….………................20

7.Solarna.energija……………………………….........…………………………….................22

7.1.Ravni.pločasti.kolektori......................................................................................................22

8. Biogorivo……………………………………………………………………....….….........…24

2

8.1. Tekuće biogorivo…………………………………...……………...……..…..…….25

8.2. Kruta biomasa……………………………………………………………………..26

8.3. Bioplin…………………………………………………………………………..….27

8.4. Geotermalna energija………………………………………………....…………...28

9. ZAKLJUČAK....................................................................................................................30

10. LITERARURA……………….......…………...……………………………………......31

3

1.SAŽETAK

Ovaj rad ima za cilj upoznavanje sa osnovama kompozitnih materijala i njihovim osobinama,

kao i alternativnim izvorima energije. Kako kompozitni materijali obuhvataju hiljade materijala

u ovom radu ćemo govoriti o značaju kompozitnih materijala. Danas se u industriji svakodnevno

postavljaju novi zahtjevi za sintetičkim materijalima koji svojim osobinama odgovaraju

zahtjevima konstruktora, tehnološki sve inovativnijim uslovima proizvodnje i povoljnijem

ekonomskom aspektu za masovnu proizvodnju. Usljed toga posljednjih 15 godina kompozitni

materijali zauzimaju značajno mjesto u istraživanjima raznih mašinskih materijala, ali što je za

ovu temu interesantnije, i u sve raznovrsnijim mogućnostima primjene u drugim naukama.

4

2.UVOD (Kompozitni materijali)

Mnoge savremene tehnologije zahtjevaju materijale sa kombinacijom svojstava koju nemaju ni

legure, ni keramički materijali, ni polimeri. Kao primjer mogu da se navedu komponente

avionskih konstrukcija, gde se od materijala zahtijeva mala gustina, velika čvrstoća i velika

krutost. Ovakva svojstva imaju kompozitni materijali (kompoziti), koji predstavljaju

kombinaciju dva ili više materijala sa različitim svojstvima u mikro i/ili makroskopskoj razmjeri.

Ovi materijali su najstariji složeni konstruktivni materijali, jer su se čak i u dalekoj prošlosti

koristili. Stari Egipćani su pravili cigle za gradnju kuća koje su proizvodili na način da su

miješali glinu i slamu od žitarica pa to stavljali u kalupe i oblikovali te sušili i tako dobivali cigle

koje su koristili. Ovi materijali su se koristili prije mnogo godina kao primitivni kompozitni

materijali,međutim današnja primjena ovih materijala je na jednom dosta višem nivou, a posebno

u zadnje vrijeme kada se primjena ovih materijala naglo povećava. Tek primjenom jedinstvenog

pristupa materijalima možemo shvatiti pun značaj i ogroman potencijal kompozitnih materijala u

svim granama tehničkih nauka.

Prednosti kompozitnih materijala pred konvencionalnim materijalima su:

- mogućnost izrade vrlo složenih oblika

- smanjenje troškova naknadne obrade dijelova

- mogućnost spajanja dijelova tokom smaog postupka proizvodnje

- dimenzisjka stabilnost pri ekstremnim radnim uslovima

- otpornost na koroziju

Savremeni kompozitni materijali se stalno nadograđuju i imaju znatno usavršena fizičko-

mehanička svojstva u odnosu na prethodne generacije, poglavito tvrdoću, čvrstoću, elastičnost,

otpornost na savijanje, kidanje, torziju i trošenje.

Međutim, kako križno povezivanje u mrežu tijekom polimerizacije dovodi do volumetrijskog

skupljanja, a posljedično i polimerizacijskog stresa koji može u značajnoj mjeri utjecati na

stvaranje rubne pukotine i kompromitaciju trajnosti restorativnog zahvata, kompenzacija stresa

predstavlja najveći znanstveni i klinički izazov.

5

Budućnost kompozitnih materijala ogleda se u nekoliko smjerova. Prvi je iznalaženje

niskoskupljajućih ili ekspandirajućih kompozitnih materijala, a drugi optimizacija kompozitnih

materijala temeljenih na amorfnom kalcijevom fosfatu, koji je direktni prekursor hidroksilapatita,

osnovne gradbene jedinice zuba. Ostali pristupi uključuju inkorporaciju antibakterijskih agensa u

kompozite te razvoj materijala sa samovezujućim svojstvima.

6

3. Podjela kompozitnih materijala

Molekularni nivo

Na ovom nivou razmatranja, koji sačinjavaju sami molekuli ili kristali cestica. Svi materijali

kompozita se mogu izdvojiti jer ne postoje u ovom obliku.

Mikro-strukturni nivo

Na nivou kristala, faza i jedinjenja za kompozitni materijal bi se srnatrao sarno onaj materijal

koji je sastavljen od dva iii vise razIičitih kristala, molekularnih struktura iii faza. Po ovoj

definiciji, rneđutim, mnogi materijali tradicionalno klasifikovani kao monolitni ili homogeni bi

se smatrali kompozitnim materijalirna. Od svih metalnih materijala sarno jednofazne legure

kao sto su mesing iii bronza bi bile rnonoliti po ovoj definiciji. Tako bi čelik, višefazna legura

ugljenika i zeIjeza bio kornpozitni materijal.

Makro- strukturni nivo

Ovaj nivo razmatranja, koji će ovdje biti usvojen se bavi velikim strukturnim formama odnosno

komponentama, npr. matričnim strukturama, česticarna, vlaknima, a o kompozitima govori kao

o sistemu materijala sastavljenog od razlicitih makrostruktna. Tako se ovakvim pristupom dolazi

do obuhvatnije definicije kornpozitnih materijala. Ova definicija uzima u obzir oblik samog

materijalu, ali i sastav sastojaka materijala. Kompozitni rnaterijal je sistern rnaterijala koji se

sastoji od mješavine iIi kombinacije dva iIi više sastojaka koji se razlikuju po obliku ili

sastavu muterijala, a da su oni pritom apsolutno nerastvorivi jedan u drugom.

Čak i ovakvom razmatranju potrebno je objašnjenje. Primjenom ove definicije, mnogim će se

inženjerima ona činiti presiroka jer obuhvata materijale o kojima obično ne mislimo kao

kompozitima. To su punjene plastike, beton impregnirani materijali. I pored toga, svi ovi

materijali ipak pripadaju konceptu kompozita i bez obzira na opšte prihvaćen princip, njih treba

smatrati kompozitnim materijalima.

7

3.1. Sastojci kompozitnih materijala

U principu se kompoziti mogu napraviti kao kombinacija bilo koja dva iii više materijala bilo

da su to metalni, organski iIi neorganski materijali. Iako su moguće kornbinacije materijala

praktično neograničeni sami oblici od kojih se materijal sastoji su limitirajući. Glavni sastojci

kornpozitnih materijala su :

- vlakna

- čestice

- ploče iii slojevi

- ljuskice

- popunjivači i matrice.

Slika br.1. Kompozitni materijal i neki oblici popunjivača

8

Matrica je tijelo sastojka koji služi da se oblikuje kompozitni materijal i da mu formira njegovu veličinu i obim. Uvođenjem određenih faza u osnovni materijal (matricu) nekom od efikasnih metoda, s tim da tu fazu dodajemo finom disperzijom, dolazi do poboljšanja jednog nivoa mehaničkih osobina (čvrstoca,žilavost, elastičnost i dr.). Osim mehaničkih dolazi i do povećanja fizičkih osobina. Ova vlakna, čestice, ploče, ljuskice i popunjivači su strukturni elementi koji određuju unutrašnju strukturu kompozita. Uglavnom, ali ne i uvijek oni se mogu smatrati "dodavaocima" kompozitnog materijala. Mada je najtipičniji kompozitni materijal sastavljen od strukturnog elementa okruženog u matricu, ali mnogi kompoziti nemaju matricu i sastavljeni su od jednog ili više sastavnih dijelovn koje čine dva iii vise različitih materijala.

3.1.1 Međufaza i interfejs

Zbog toga sto su različiti strukturni elementi u kompozitu, izmješani iIi kombinovani uvijek postoji dodirni rcgion. To možc biti intrefejs (povrsina koja formira zajedničku granicu elemcnata). U drugim slučajevima dodirni region je jasno dodana faza nazvana međufaza.

Slika br.2. Prikaz međufaze u kompozitu

9

3.1.2. Vlaknasto-matrični kompoziti

Od svih kompozitnih materijala ovaj vlaknasti tip je probudio najviše interesovanja među

inžinjerima koji se bave primjenama kompozita u raznim granama nauke. Sadašnji trend razvoja

ovih vrsta kompozita se odvija u smjeru miješanja sa keramičkirn, metalnim i šupljim vlaknima,

istovremeno kombinujući kalupe koji su jači, čvršći i otporniji na visoke temperature.

Praktično svi sintetički materijali (plastika, guma, keramika i metal) se sada ojačavaju sa

vlaknima. Vlakna se biraju tako da je jedno vlakno izabrano zbog njegovih mehaničkih osobina,

a drugo zbog sasvirn drugog razloga, npr. toplotne otpornosti. Tako imamo kornbinaciju od

azbestno-metalno-vlaknnstog kompozita za pravljenje prenosnih kaiševa koji se koriste za prenos

teškiih vrelih materija.

3.1.2.1 Faktori poboljšanja perfoirmansi kompozita:

1. Orijentacija

Od svih faktora koji utiču na poboljšanje tehničkih performansi u vlaknastim kompozitnima je

najvažnije upravo orijentacija. Orijentacija vlakana (položaj svakog individualnog vlakna)

određuje mehaničku snagu kompozita i smjer u kome ce ta snaga biti najveća.

Postoje tri tipa orjentacije vlakana:

a) jedno-dimenzionlno ojačanje

b) dvo-dimenzionalno (planarno) ojačanje

10

c) tro-dimenzionalno ojačanje

2.Dužina

Orijentacija vlakana u kalupu moze biti uspostavljena ill sa kontinualnim ili sa kratkim

vlaknimaa. Iako su kontinualna vlakna mnogo određenije orjentisana nego kratka vlakna, to ne

znaci da su bolja. Kuntinualna vlakna mogu prenjeti primljeno opterećenje iIi pritisak od tačke

djelovanja samog opterećenja pa cijelorn dužinom kontinualnom stazom napora.

3.Oblik

Skoro sva vlakna koja se danas koriste imaju kružni poprečni presjek bilo da su kontualna iIi

kratka;međutim, heksagonalna, pravougaona, poligonalne, prstenasta i vlakna ostalih nepravilnih

poprečnih presjeka obećavaju poboljšanje mehaničkih osobina. Veličina prečnika poprečnog

presjeka vlakana veoma varira. Tako čelični čipovi koji ojačavaju beton se mogu smatrati kao

primjer debclih vlakana; dok neka staklasta vlakna lmaju prečnike od 0,01 mm.

Pored ova tri glavna faktora, postoje i drugi parametri koji utiču na kvalitet vlaknasiih

kompozita. To su u prvom redu sastojci, kalup i faza vezivanja ali i drugi faktori.

11

3.1.3. Ljuskasti kompoziti

Postoje mnoge primjene kompozita koje zahtijevaju dvo-dimenzionalne elemente, odnosno

ljuske. Ove ravne forme mogu biti integrirano mnogo bliže nego ostali oblici. Sljepljene u

kalupu, i postavljene paralelno u ravni, ljuskice omogućuju da takav kompozitni rnaterijal ima

jednake osobine u svim ravnima. Dok oni nude malo strukturalne snage upravno na ravan,

njihova preklapanje u tom pravcu predstavlja efikasnu barijeru za prodiranje fluida u kalup.

Nije lako kontrolirati pravac ljuskica u kompozitu ili praviti ljuskice po želji, jer samo ograničen

broj materijala je na raspolaganju. Ljuskasti kornpoziti su vjerovatno najrnanje poznati

kompozitni materijali. Sposobnost ljuskica da ojačaju smolaste materijale je prvi put dokazana

šezdesetih godina ovog vijeka. Sam ljuskasti kompozit se sastoji od Ijuskica koje se drže zajedno

uz pomoć interfaze ili sjedinjenje u kalupe. Ljuskice mogu biti gusto pakovane da bi obezbijedile

velika ojačavanje materijala za dati poprečni presjek, one prirodno formiraju serije barijera za

prolaz tečnosti i pare, a također u velikoj mjeri redukuju mogućnost mehaničkog oštećenja

prodiranjem.

Slika br 3. Razlika između vlaknastog I ljuskastog kompozita

12

3.1.4. Kermeti

Kermeti predstavljaju mješavinu keramike i metala koja omogućava da se kombinuju osobine i

koristi prednosti prisutnih karakteristika oba elementa. Npr., keramika ne mijenja svoje osobinc

na visokim temperaturama, ali joj nedostaje savitljivosti. Takva će kombinacija keramičkih

čestica u metalnoj matrici rezultirati u vidu kompozita koji ima bolju rastegljivost nego sama

keramika ujedno sa dobrom otpornošću na visoke temperature.

Slika br 4. Prikaz kermeta

13

3.1.5. Punjeni kompoziti

Najprostija forma punjenih kompozita se sastoji od kontinualnih trodimenzianalnih

strukturalnih matrica infiltriranih iIi impregniranih materijalom za popunjavanje. Popunjivač

ima tro-dimenzionalni oblik, odreden prazninama u matrici. Sarna matrica moze izgledati kao:

- šestaugaona struktura

- grupa celija

- slucajna „ sunderasta“ mreza otvorenih para.

U većini poznatih punjenih kompozita ćeiijska struktura matrice je veoma fina, a funkcija

popunjivača je da zapuni pore iii da obezbjedi prihvatljivu ili samo-obnovljiviju povrsinu. Tako

dijelovi metalnog praha i otpadaka koji su nepromoćivi, i legura koje su samo-podmazive

spadaju u ovu kategoriju. Neki od novijih punjenih kompozita, međutim, se prave sa čvrstom

strukturom koja se sastoji od dva isprepletena skeleta različitih osobina.

3.1.6. Lisnati kompoziti

Lisnati tip kompozita je najstariji od svih kompozita. On se razlikuje od ostalih tipova zbog

samih razmještaja. Kako je dimenziono većeg reda, sasvim je moguće da njegovi sastojci mogu i

sami biti kompoziti. Lisnati kompoziti imaju posebnu privlačnost zato što, kada su napravljeni

od filmova ill limova, kao što često jesu, lako ih je konstruirati proizvesti, standarzovati, i

kontrolirati nego sto je slučaj kod drugih tipova kompozita. Mnogi standardni tipovi su razvijeni

da bi pokazali poželjnu kombinaciju masenih i površinskih osobina. Možda je najveći

domet lisnatog principa pojava "sendvić“ materijala.

14

4. Postupci za dobijanje kompozita

4.1. Sinterovanje

Materijali sa jednom komponentom obično se sinteruju na temperaturi koja iznosi 2/3 od

apsolutne tacke topljenja odgovarajuceg metalnog praha, a materijali različitih komponenti koji

imaju različite tacke topljenja sinterovanje se vrsi iznad tacke topljenja najlakse topljive

komponente. Za sinterovanje se primjenjuju:

- elektro peci

- silikatne peci

- gasne peći.

Kao zaštitna atmosfera upotrebljava se: vodnik, azot i propan. Otpreske razlicitie poroznosti

treba pri punjenju pcb stavljati odvojeno, istovremeno stavljanje moze izazvati deformacijc.

U procesu sinterovanja poroznih predmeta od grozdenog praha pri tempcraturi sinterovanja

manjoj od 1200°C iznosi 1-2 %.

4.2. Impregniranje

Tehnoloski impregracija se svodi na pripremi otpresnog pripremka.

Pripremak se sastaji od: žice i dugih vlakana taj pripremak je složen odredenim redosljedom

dalje se zagrijava, zagrijavanje maze bitt vakum ili interna atmosfera a hlađenje se vrši zajedno

sa peći. Prirodno je da je temperatura topljenja matrice niža ad topljenja na vlaknu.

Cilj impregniranja je dobiti:

- bez-porozan materijal

- ravnomjerno raspoređene komponente

- postizanje potrebne orijentacije

- da se sačuva polazni oblik i dimenzije v1akna.

15

Za ovu operaciju koristi se termički laboratorij. Za dobivanje dobrog kompozita neophodno je

kvašenje vlakana tekućinom, pri tome ugao kvašenja mora biti što manji , ako je ugao manji

onda su sile veze veće na faznim ganicama.

4.3. Postupak nanošenja pokrivke

Armirane materijale moguće jc dobiti nanošenjem na podlogu nekoliko naizmjeničnih slojeva

matrice i podloga je vrsta kalupa. Kalup može imati dosta različitu konfiguraciju nakon

nanošenja redova podloška. Armirani materijal ponavlja geometrijski oblik podloške.

U tom slučaju se obezbjeđuje armiranje pokrivke sa zadanim osobinama na gotovom proizvodu.

4.4. Plazmeni postupak

Ovaj postupak je u obliku plazme i dosta je perspektivan. Sastav nanešene pokrivke pomoću

dozatora specifične konstante može se mijenjati kontinuirano po debljini nanošenog sloja ili se

pokrivka sastoji od sIojeva različitih materijala. Ovi uređaji ili plazmeni uredaji su stabilni u radn

i jednostavni su za korištenje.

16

4.5. Vruće presovanje

Ovo su kontabilni procesi sinterovanja i presovanja.Zahvaljujući zagrijavanju proces upušćivanja

pri presovanju je vrlo intenzivan.

Nedostatci: -niska produktivnost

-ogranicenost oblika

-dimenzija proizvoda (manja)

-dosta slozena oprema.

Ali bez obzira na te nedostatke vruće presovanje nalazi sve siru primjenu.

4.6. Elektrolitički postupak

Pri koristcnju elektroliticke metode matrica se nanosi na armaturu u slojevima. Procesi taloženja

u slučaju ove metode odvijaju se kod niskih temperatura, jer to daje mogućnost minimiziranja

neželjenih temperatunuh efekata. Postoji vise metoda nanošenja pokrivki elektrolitičkim

postupkom.

Nedostaci ovog postupka su: -primjenjiv samo za laka vlakna

-teška i dugačka vlakna ne daju željeni efekt.

17

5. Alternativni izvori energije

Obnovljivi izvori energije su izvori energije koji se dobivaju iz prirode te se mogu obnavljati.

Danas se sve više koriste zbog svoje neškodljivosti prema okolišu. Najčešće se koriste energije

vjetra, sunca i vode.

Slika br 5.Vjetrenjače sa lopaticama od kompozitnih materijala

5.1. Tehnologije obnovljivih izvora energije

Većina tehnologije obnovljivih izvora energije se na direktan ili indirektan način napaja iz

Sunca. Sistem Zemljine atmosfere je uravnotežen tako da je toplinsko zračenje u svemir jednako

pristiglom sunčevom zračenju što rezultira određenim energetskim stupnjem unutar Zemljinog

atmosferskog sistema što u grubo možemo opisati kao Zemljina klima. Hidrosfera (voda) upije

veći udio dolazećeg zračenja. Najviše zračenja se apsorbira pri maloj geografskoj širini u

području oko ekvatora, ali se ta energija raspršuje u obliku vjetrova i morskih struja po cijelom

planetu. Gibanje valova moglo bi imati važnu ulogu u procesu pretvorbe mehaničke energije

18

između atmosfere i oceana kroz opterećenje uzrokovano vjetrom. Sunčeva energija je također

odgovorna za distribuciju padalina, koje su stvarane hidroelektričnim projektima, i za uzgoj

biljaka koje su potrebne za proizvodnju biogoriva. Strujanje obnovljive energije uključuje

prirodne fenomene kao što su: sunčeva svjetlost, vjetar, valovi, geotermalna toplina kao što

Internacionalna Agencija za Energiju objašnjava: „Obnovljiva energija je dobivena iz prirodnih

procesa koji se konstantno obnavljaju.

U svojim različitim oblicima, dobiva se direktno iz sunca ili iz topline stvarane duboko u Zemlji.

To još uključuje električnu struju i toplinu dobivenu iz izvora poput sunčeve svjetlosti, vjetra,

oceana, hidroenergije, biomase i geotermalne energije te biogoriva i hidrogena dobivenog iz

obnovljivih izvora.“ Svaki od ovih izvora ima jedinstvene karakteristike koje utječu na to kako i

gdje su korišteni.

19

6. Vjetar kao alternativni izvor energije

Vjetrenjače kao primarni izvor struje još sa početkom ovog vijeka, ponovo se vraćaju u upotrebu

da iskoriste snagu vjetra. Primjena vjetrenjača je velika na jedrilicama za plovidbu morem kao

generatori struje za navigacijske i druge uređaje, ali i u jednoj većoj primjeni kada se koristi veći

broj vjetrenjača uvezanih u zajednički akumulator gdje se dobivaju velike količine električne

energije. Ove vjetrenjače su veoma jeftine i koriste Gl – Ep kompozitne materijale, koji ih čine

efikasnijim i trajnijim.

Lopatice ovog generatora, koji se pokreće na vjetar, su najvažniji dio. Da bi efikasno iskoristile

snagu vjetra, kako pri velikim, tako i pri malim brzinama vjetra, lopatice moraju da iskoriste

snagu vjetra što je više moguće. Sa staklenim kompozitima je najlakše napraviti efikasan oblik

lopatica u odnosu na pomenute uslove, a da pri tome te lopatice budu i ekonomične.

Neke lopatice se mogu izlivati iz odgovarajućih plastičnih kalupa, ali se većina dobiva

ubacivanjem dugačke, tanke i uske trake oko koje se obavijaju niti kompozitnog materijala. Ova

traka je napravljena od stakleno poliesterskih mješavina, a vlaknasto namotana greda je

isprepletena sa takvim trakastim nitima. U smislu zamora staklena vlakna su mnogo zahvalnija

nego kada bi se koristio metal. Da bi se maksimalno iskoristila energija vjetra, lopatice moraju

zadržavati snagu vjetra, što izaziva stalan pritisak na savijanje. Kada se pojave naleti vjetra, oni

vrše ogroman pritisak na dodatne ''ziroskopske'' sile, koje bi mogle prouzrokovati da lopatice

20

izlete iz rotacione ravni. Također postoje još i naponi na istezanje uslijed centrifugalnih sila.

Materijal mora mnogo toga da izdrži. Kada bi se koristile metalne lopatice kod kojih bi se mala

pukotina širila brzo i rezultirala bi u iznenadnom slomu, što je veoma opasno i nepoželjno stanje.

Ako se kod umotanog kompozitnog materijala pojavi pukotina, obimna putanja napona je veoma

velika u odnosu na metal, i to sprječava pukotinu da se proširi. A potom dozvoljava dovoljno

vremena da se odgovarajući dio zamijenut prije nego što bi došlo do pucanja lopatice i time

smanjenja ukupne energetske efikasnosti vjetrenjače. Veličina turbina koje se pokreću na vjetar

veoma varira, a najveći broj je ispitivan u SAD, Japanu. Snaga vjetra je obnovljiva i ne uzrokuje

stakleničke plinove (ugljikov dioksid i metan) tijekom rada.

Slika br 6.

21

7. Solarna energija – mogućnost primjene kompozita

Snaga spoljnog zračenja na spoljnoj strani atmosfere, kada je zemlja udaljena na prosječnoj udaljenosti od sunca, se naziva solarna konstanta. Iako je intenzitet energije koja dospije do zemljine površine znatno manji od solarne konstante, ova energija je veoma velika, ali slabo iskorištena. Za prikupljanje solarne energije potrebni su solarni kolektori, ovako sakupljena energija se koristi za termičke procese u kojima se zagrijava gas ili tečnost koja se tada akumulira. Solarni kolektori se dijele na dvije vrste:

- Ravne pločaste kolektore- Vakumske kolektore

7.1. Ravni pločasti kolektori

Kolektori sa ravnom pločom prikupljaju solarno zračenje na apsorpcionoj ploči. Ova ploča je napravljena od termoplastičnih polimernih kompozitnih materijala. Njihove osobine su:

- Da su neoštetive uslijed spoljašnjih uticaja i klimatskih promjena- Da su dugotrajne- Da su lako obradive - Da ne mijenjaju svoje termo – mehaničke osobine tokom dužeg vremenskog intervala- Male mase- Lake za montažu, i da im se lako pristupa

22

Uz ravno pločaste kolektore, tipična instalacija za zagrijavanje vode ili komforno grijanje

uključuje cirkulisuće pumpe, temperaturske senzore, automatske kontrolne priključke za

aktiviranje cirkulacione pumpe i uređaj za skladištenje toplote. Da bi se smanjila cijena ovakvog

solarno – energetskog sistema istražuju se mogućnosti upotrebe betona ojačanog sa cirkonijum –

kvarcnim staklenim vlaknima kompozitnog materijala. Koriste se isjeckana vlakna od 38 mm

dužine sa samo 5 % od totalne mase. Naučnici su u stanju da stvore dijelove tanke samo 4.6 mm.

Primjenom novih tehnologija pojavljuju se i nove mogućnosti za smanjenje proizvodne cijene

paraboličkih skupljača solarnog zračenja, heliostate i ravne pločaste kolektore za iskorištavanje

solarne i energije vjetra. Ovakav pasivan solarni energetski sistem koristi kompozitne materijale

koji su upotrebljeni na taj način da sami koriste solarno zračenje u cilju grijanja ili hlađenja. U

ovakvoj kući ''sunčani prostor'' služi kao kolektor zimi, kada su solarne zalužine otvorene, a kao

hladilac ljeti kada su solarne zalužine zatvorene. Uloga kompozitnih zidova u ovakvoj kući je

nezamjenjiva. Debeli betonski zidovi, ojačani cirkonijum – kvarcnim staklenim vlaknima,

moduliraju velike temperaturne razlike tako što im je jedna od karakteristika da zimi apsorbuju

toplotu, a ljeti je odaju. Neophodan je kompozitni tanker u kome se nalazi termalna masa koja

sakuplja toplotu u toku dana, a otpušta je tokom noći.

slika br 7. Solarni pločasti kolektor

23

8. Biogorivo

Biljke upotrebljavaju fotosintezu za rast i proizvodnju biomase. Poznata kao biomaterija,

biomasa se može direktno upotrebljavati kao gorivo ili za proizvodnju tekućeg biogoriva.

Biogorivo proizvedeno u poljoprivredi, poput biodiezela, etanola ili bioplina (često kao

nusprodukt kultivirane šećerne trske), mogu biti sagorena u motorima s unutarnjim izgaranjem ili

bojlerima. Uobičajeno je da biogorivo sagorjeva kako bi oslobodilo pohranjenu kemijsku

energiju u sebi. Aktivno se radi na istraživanju učinkovitijih načina pretvaranja biogoriva i

ostalih goriva u električnu energiju koristeći gorive ćelije.

24

8.1. Tekuće biogorivo

Tekuće biogorivo je inače ili bioalkohol, poput etanolnog goriva, ili bioulje, poput biodizela i

čistog biljnog ulja. Biodizel se može upotrijebiti u modernim dizel vozilima s malo ili bez

preinaka na motoru te može biti proizvedeno od ostataka ili čistih biljnih ili životinjskih ulja i

masti (lipidi). Čisto biljno ulje može se upotrebljavati u modificiranom dizel motoru. Ustvari,

dizel motor je izvorno zamišljen s pogonom na biljno ulje, a ne s pogonom na fosilna goriva.

Glavna prednost biodizela je malo zračenje (emisija). Uporabom biodizela emisija ugljikovog

monoksida i ostalih ugljikovodika smanjena je za 20% do 40%.

U nekim područjima kukuruz, stabljika kukuruza, šećerna repa posebno su uzgajani za

proizvodnju etanola (poznatog kao „zrnati alkohol“ ili „alkohol od zrna“), tekućine koja se može

upotrijebiti u motorima s unutarnjim izgaranjem i gorivim ćelijama. Etanol se postepeno

upotrebljava u postojećoj energetskoj infrastrukturi. E85 je gorivo sastavljeno od 85% etanola i

15% benzina koje se prodaje potrošačima. Biobutanol se razvija kao alternativa bioetanolu.

Povećava se međunarodno krizitiranje biogoriva proizvedenih iz usjeva hrane zbog poštovanja

prema temama kao što su: osiguravanje hrane, utjecaj na okoliš (krčenje šuma) i energetska

ravnoteža.

Slika br 8. Biodizel dobiven iz poljoprivrednih kultura

25

8.2. Kruta biomasa

Kruta biomasa je najčešće uobičajeno upotrebljavana direktno kao sagorljivo gorivo, proizvodeći

10-20 MJ/kg topline. Njeni oblici i izvori sadrže gorivo dobiveno iz drva, biogeni udio iz

komunalnog krutog otpada ili neiskorišteni udio ratarskih kultura. Ratarske kulture mogu i ne

moraju se uzgajati namjerno kao energetski usjev, a ostatak biljke se upotrebljava kao gorivo.

Većina vrsta biomase sadrže energiju. Čak i kravlje gnojivo sadrži dvije trećine izvorne energije

koju je krava upotrijebila. Sakupljanje energije pomoću bioreaktora je isplativije rješenje za

raspolaganje otpadom s kojim su suočeni mljekari i moguće je proizvesti dovoljno bioplina za

pokretanje takve farme. S trenutnom tehnologijom, ono nije idealno prikladno za upotrebu kao

transportno gorivo. Većina transportnih vozila zahtijeva izvore energije sa visokom gustoćom

snage poput onih koji se koriste u motorima s unutarnjim izgaranjem. Ti motori inače zahtijevaju

čisto sagorljivo gorivo koje je obično u tekućem obliku i manjih dimenzija, kompresirane

plinovite faze. Tekućine su više prenosive zato što imaju visoku energetsku gustoću te mogu biti

pumpane što omogućava lakše rukovanje.

26

8.3. Bioplin

Bioplin se lako može proizvesti iz trenutnih ostataka kao što su: proizvodnja papira, proizvodnja

šećera, fekalija, ostataka životinja i tako dalje. Ovi različiti ostaci trebaju biti pomiješani zajedno

i uz prirodnu fermentaciju proizvoditi plin metan. Ovo se može učiniti pretvorbom trenutnih

fekalinih postrojenja u bioplinska postrojenja. Kad elektrana bioplina ispusti sav metan koji

može, ostaci su katkad pogodniji za gnojivo nego originalna biomasa. Alternativno, bioplin može

se proizvesti uz pomoć naprednog sustava procesuiranja otpada kao što je mehanički biološki

tretman. Ovi sustavi obnavljaju reciklirane elemente iz kućanskih otpada i procesuiraju

biorazgradivi dio u anarobni sažeti sadržaj.

Obnovljivi prirodni plin je bioplin koji je poboljšan do kvalitete sličnoj prirodnom plinu.

Približavajući kvalitetu onoj kvaliteti prirodnog plina, postaje moguće distribuirati plin

masovnom tržištu uz pomoć plinomreže.

27

8.4. Geotermalna energija

Geotermalna energija je energija dobivena odvajanjem topline od same zemlje, obično

kilometrima duboko u Zemljinoj kori. Skupo je sagraditi elektranu, ali troškovi rada su jeftini što

rezultira niskom cijenom energije za pogodne lokacije. Konačno, ova energija se dobiva iz

topline Zemljine jezgre. Vlada Islanda kaže: “Treba naglasiti da geotermalni izvori nisu nužno

obnovljivi u istom smislu kao i vodeni izvori.“ Procjenjuje se da bi Islandova geotermalna

energija mogla pružiti 1700 MW za 100 godina, u usporedbi sa trenutnom proizvodnjom od 140

MW. Internacionalna Agencija za Energiju smatra geotermalnu energiju obnovljivom.

Tri tipa elektrane se upotrebljavaju za proizvodnju energije iz geotermalnih izvora: suha para,

„flash“ i binarna (mješana). Elektrane suhe pare uzimaju paru iz dijelova u zemlji i

upotrebljavaju je za direktni pogon turbine koja okreće generator. „Flash“ elektrane uzimaju

vruću vodu, obično temperature od 200 ˚C, iz zemlje, i omogućavajući vrenje i izviranje na

površinu. Kondenzirana para i ostatak geotermalne tekućine u sva tri tipa elektrane su ubačene

nazad u tople stijene kako bi prikupile više topline.

Izvori geotermalne energije na površini Zemlje

28

Geotermalna energija Zemljine kore je u nekim područjima bliža površini nego u drugim. Na

mjestima vruće unutrašnjosti gdje para ili voda mogu biti odvojeni i dovedene na površinu to se

može iskoristiti za proizvodnju električne energije. Takvi izvori geotermalne energije postoje u

određenim geološki nestabilnim dijelovima svijeta poput: Čilea, Islanda, Novog Zelanda,

Sjedinjenih Američkih Država, Filipina i Italije. Dva takva najznačajnija područja u Sjedinjenim

Američkim Državama su u zaljevu Yellowstonea i u sjevernoj Kaliforniji. Island je proizveo 170

MW geotermalne energije i zagrijao 80% svojih kućanstava u 2000. godini pomoću geotermalne

energije.Dio od 8000 MW kapaciteta proizvodi u cijelosti.

Također postoji potencijal da se geotermalna energija dobije iz vrućih i suhih stijena. Probušene

su rupe minimalno 3 km u Zemlju. Neke od ovih rupa pumpaju vodu u zemlju, dok druge

pumpaju vruću vodu van. Izvori topline sastoje se od vrućih podzemnih radiogenih granitnih

stijena koje se zagrijavaju kada postoji dovoljno sedimenta između stijena i zemljine površine.

Nekoliko tvrtki u Australiji istražuje tu tehnologiju.

.

Geotermalna energija

29

9. ZAKLJUČAK

Kompozitni materijali podrazumijevaju čvrstu vezu dva ili više sastavnih elemenata, koji su

sjedinjeni u makroskopskoj veličini, bez razaranja, u nerazdvojivu vezu, u cilju dobijanja boljih

mehaničkih i drugih karakteristika, nego što su to posjedovali sastavni elementi kompozitnih

materijala prije njihovog sjedinjavanja. U principu se kompoziti mogu napraviti kao kombinacija

bilo koja dva iii više materijala bilo da su to metalni, organski iIi neorganski materijali. Glavni

sastojci kornpozitnih materijala su : vlakna, čestice, ploče iii slojevi, ljuskice, popunjivači i

matrice.

Stalni porast populacije za sobom donosi i konstantno veće potrebe za energijom i čovječanstvo

je u kontinuiranoj potrazi za izvorima energije koji bi primjereno pokrili energetske potrebe.

Trenutno 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. Trenutno se kao ekološki prihvatljivo rješenje nude obnovljivi izvori

energije, Energija Sunca nema dovoljnu iskorištivost i skupa je, energija vjetra nije svugdje

dostupna u dovoljnim količinama, energetski potencijali vode već su u velikoj mjeri iskorišteni.

Geotermalna energije može se optimalno iskorištavati samo na tektonskim rasjedima, tj. na

mjestima na Zemlji gdje toplinska energije iz unutrašnjosti Zemlje dolazi vrlo blizu površini.

30

10 . LITERATURA

Knjige: 1. Fuad Ćatović, “Novi materijali “Mostar- Bihać, 2001.

Elektronski mediji: - Internet

31