VOZILA NA ELEKTRIČNI IN PLINSKI POGON V PODJETJU GEOSFERA … · Geosfera je geodetsko podjetje, ki veliko svojega dela opravi na terenu, zato potrebujejo zanesljiva, varčna in

Diplomsko delo univerzitetnega študija Organizacija in management poslovnih in delovnih

sistemov

VOZILA NA ELEKTRIČNI IN PLINSKI POGON V PODJETJU GEOSFERA D.O.O.

Mentor: doc. dr. Marjan Senegačnik Kandidat: Luka Vindišar

Kranj, april 2016

ZAHVALA Rad bi se zahvalil red. prof. dr. Marjanu Senegačniku za pomoč, podporo in usmerjanje pri izdelavi diplomskega dela.

Prav tako bi se rad zahvalil vodstvu podjetja Geosfera d.o.o., za dovoljenje in sodelovanje pri raziskovanju njihovega podjetja.

POVZETEK V diplomskem delu smo obravnavali različne pogone motornih vozil ter njihovo medsebojno primerjavo, na primeru podjetja Geosfera d.o.o.. Teoretični del vsebuje opis goriv fosilnega izvora, električnega pogona in plinskega pogona. Opisani so postopki pridobivanja različnih goriv, njihov vpliv na okolje in ekonomski vidik. Ker se zaloge fosilnih goriv manjšajo, njihova poraba pa postaja vse dražja, se odpira možnost novemu, ekološko čistejšemu viru energije. Praktični del vsebuje primerjavo sedanjih službenih vozil v podjetju Geosfera d.o.o. z vozili na električni in plinski pogon. Primerjava prikazuje možnost prihranka podjetja pri prevozu in možnost manjšega obremenjevanja okolja .

KLJUČNE BESEDE:

fosilna goriva

pogon na plin

električni pogon

ABSTRACT In this thesis, we discussed various motor vehicles and their mutual comparison, in the case of the company Geosfera d.o.o.. The theoretical part contains a description of fossil fuels, electric propulsion and natural gas drive. It describes the procedures for obtaining various fuels, their impact on the environment and the economic aspect. As fossil fuels diminishing, while their consumption is becoming more expensive, it opens the possibility of new, ecologically cleaner energy source. The practical part contains a comparison of current official vehicles in the company Geosfera d.o.o. with electric and gas-powered vehicles. The comparison shows the potential for savings in the transport for the company and the possibility of reducing pollution of the environment.

KEYWORDS:

fosil fuels

gas powered vehicles

electric power

KAZALO

1. UVOD ................................................................................... 1

1.1. PREDSTAVITEV PROBLEMA ........................................................ 1 1.2. PREDSTAVITEV OKOLJA ............................................................ 2 1.3. PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE ..................................................... 2 1.4 CILJI DIPLOMSKE NALOGE ........................................................ 2 1.5. METODE DELA ....................................................................... 2

2. POGONI OSEBNIH VOZIL .............................................................. 3 2.1 MOTORJI Z NOTRANJIM IZGOREVANJEM ............................................ 3

2.1.1 OTTOV MOTOR .................................................................... 4 2.1.2 DIZELSKI MOTOR .................................................................. 5

2.2 FOSILNA GORIVA ................................................................... 6 2.2.1 PRIDOBIVANJE FOSILNIH GORIV ................................................. 7 2.2.3 PREDELAVA SUROVE NAFTE ..................................................... 9 2.2.2 OBREMENJEVANE OKOLJA S FOSILNIMI GORIVI .............................. 10

2.3 ELEKTRIČNI POGON ................................................................... 13 2.3.1 ZGODOVINA ELEKTRIČNIH AVTOMOBILOV .................................... 15 2.3.2 PRIDOBIVANJE ELEKTRIKE ...................................................... 15 2.3.3 OBREMENJEVANE OKOLJA Z ELEKTROMOTORJI ............................. 21 2.3.4 PREDNOSTI IN SLABOSTI ELEKTRIČNIH OSEBNIH VOZIL ..................... 22

2.4 PLINSKI POGON ....................................................................... 23 2.4.1 VOZILA A VODIK .................................................................. 23 2.4.2 VOZILA NA STISNJEN ZEMELJSKI PLIN (CNG) ................................. 26 2.4.3 VOZILA NA UTEKOČINJEN NAFTNI PLIN (LPG) ............................... 29

3. OBSOTJEČE STANJE .................................................................. 32 4. PRENOVA OBSOTJEČEGA STANJA .................................................. 34

4.1 VOZILA NA LPG ........................................................................ 34 4.2 VOZILA NA CNG ....................................................................... 35 4.3 VOZILA NA ELEKTRIČNI POGON ..................................................... 36

5. ZAKLJUČKI ............................................................................ 37 5.1 PREDLOG REŠITVE .................................................................... 37 5.2 ZAKLJUČEK ............................................................................ 37 VIRI: ......................................................................................... 39 PRILOGE: ................................................................................... 41 KAZALO SLIK: .............................................................................. 43 KAZALO TABEL: ............................................................................ 45

Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede Diplomsko delo univerzitetnega študija

Luka Vindišar: Vozila na električni in plinski pogon v podjetju Geosfera d.o.o. stran 1

1. UVOD 1.1. PREDSTAVITEV PROBLEMA Smo v obdobju, ko nas je zadela svetovna gospodarska kriza in ljudje smo spet pozabili, da nam grozi tudi vedno večja ekološka kriza (Medved, Arkar, 2009). Za to je potrebna neka stopnja ozaveščenosti in izobraženosti o problemu. Človeštvo potrebuje vedno več energije, saj je ljudi vedno več, veča pa se tudi poraba energije na prebivalca. Ker fosilna goriva povečujejo onesnaženost, nimajo neomejenega vira in so vedno dražja, je to priložnost, za nek nov vir energije, ki bi lahko nadomestil fosilna goriva (v okviru finančnih in ekoloških zmožnosti prebivalcev in okolja). Za ekonomsko učinkovitost države je zelo pomemben učinkovit prometni sistem. Učinkovit sistem omogoča prost pretok ljudi in snovi v državi in izven nje. Zaradi rabe energije in plinov, hrupa, posledic prometnih nesreč ter posegov v okolje, ima promet veliko negativnih vplivov na okolje. Na mednarodni konferenci (Kyoto 1998, OEDC o prometu oktobra 2000 na Dunaju) se je že leta 1998 opozarjalo o tem, da bi nadaljevanje takratnega načina in dinamike razvoja prometa, ki je glavni povzročitelj toplogrednih plinov, povzročilo okoljsko katastrofo. Strokovnjaki so takrat ocenjevali, da bi se brez korenitega zmanjšanja emisij CO2,

ki nastajajo zaradi prometa, le-te do leta 2030 povečale za kar 300%. Na srečo današnja vozila in proizvodnja vozil v okolje spušča precej manj emisij, kot leta 1998. Da bi v prihodnosti čim bolj zmanjšali emisije, ki nastajajo zaradi prometa, so strokovnjaki dorekli nov pristop, ki temelji na naslednjih merilih in omejitvah (Compliance with the Kyoto Protocol): -do leta 2030 je potrebno omejiti emisije CO2, da bodo kvečjemu 20% večje kot so bile leta 1990 -emisije NO2 smejo biti leta 2030 le 10% večje kot leta 1990 -rakotvorne lahkohlapne organske snovi (VOC) so lahko leta 2030 največ 10% večje kot leta 1990 -emisije drobnih delcev (manjših od 10 µm) je potrebno do leta 2030 zmanjšati za 55 do 99%, v primerjavi z letom 1990 -hrup mora biti omejen podnevi na 55 dB/A in ponoči na 45 dB/A -potrebno je tudi zmanjšati površine, ki jih zasedata stoječi promet in vzdrževalna infrastruktura Za dosego teh ciljev je potrebno proizvajati racionalnejša vozila, proizvajati in uporabljati boljša goriva, omejiti prazne in individualne vožnje, spremeniti vzdrževanje vozil in spodbujati javni promet. V diplomskem delu bomo obravnavali rabo alternativnih virov energije, ki se lahko uporabljajo za pogon osebnih vozil. Naša civilizacija je preveč odvisna od uporabe fosilnih goriv, ki zaradi naše prekomerne uporabe ogrožajo naš planet. Da bi naš planet čim bolj obvarovali, je potrebno pridobivanje energije čim bolj prilagoditi naravnim virom.



1.2. PREDSTAVITEV OKOLJA V diplomskem delu bomo obravnavali stroške prevoza pri podjetju Geosfera d.o.o.. Geosfera je geodetsko podjetje, ki veliko svojega dela opravi na terenu, zato potrebujejo zanesljiva, varčna in pa tudi okolju prijazna vozila. Obravnavali bomo zamenjavo njihovega obstoječega voznega parka z ekološko čistejšimi vozili, ter seveda ekonomsko plat zamenjave.

1.3. PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE Zmanjšanje porabe fosilnih goriv pa je prav gotovo težka naloga, saj je ta energija v uporabi že zelo dolgo, naftni lobij pa je zelo močan. Za večjo porabo alternativnih virov energije je potrebno informiranje in izobraževanje prebivalcev, saj večino ljudi še vedno ne razmišlja o nakupu osebnega vozila na alternativni pogon.

1.4 CILJI DIPLOMSKE NALOGE Cilj diplomske naloge je uvedba ekološko čistih in ekonomsko sprejemljivih vozil v podjetje Geosfera. Glede na vse večje obremenjevanje okolja z osebnimi vozili ter vse manjše zaloge nafte, bo potrebno v prihodnosti preiti na čistejše vire energije. Ker pa tak prehod ni enostaven in stane kar precej denarja, je potrebno pametno premisliti kater vir je za naše potrebe najprimernejši. -Ali lahko z uporabo vozil na električni oziroma plinski pogon zmanjšamo stroške prevoza za 30% v naslednjih 10 letih? -Ali lahko z uporabo vozil na električni oziroma plinski pogon zmanjšamo izpuste CO2 za vsaj 50% v enem letu?

1.5. METODE DELA V začetnem delu diplomske naloge bomo predstavili teoretični del, ki vsebuje opis različnih pogonov za osebna vozila. Za teoretični del bomo uporabili deskriptivno metodo raziskovanja tako domačih kot tujih literatur in spletnih virov. Nato bomo na podlagi podatkov, pridobljenih iz podjetja Geosfera, opisali obstoječe stanje. Za prenovo stanja bomo uporabili razne spletne vire, izračune in povpraševanja, ki bodo koristila pri zamenjavi za okoljsko čistejša vozila.



2. POGONI OSEBNIH VOZIL Vsa motorna vozila za gibanje potrebujejo pogonske sisteme, najpomembnejši del teh sistemov pa je prav gotovo motor. Motorji poskrbijo, da se energija pretvori v mehansko delo, ki nato omogoča gibanje. Motorji so uporabljeni v vseh vrstah prometa, tako v cestnem, kot tudi v letalskem, železniškem in vodnem prometu. Motorji se med seboj ločijo glede na vrsto energije in način pretvarjanje le te. Ker večina osebnih vozil še vedno deluje na nafto in bencin, jima grozi vedno večje pomanjkanje, saj so njihovi viri omejeni, poleg tega pa povzročata tudi veliko obremenjevanje okolja. V diplomski nalogi se bomo osredotočili na vozila z bencinskim in dizelskim motorjem, električnim motorjem ter plinskim motorjem. Primerjali pa bomo predvsem njihove posledice na okolje in ekonomski vidik.

2.1 MOTORJI Z NOTRANJIM IZGOREVANJEM Motor z notranjim izgorevanjem deluje tako, da se notranja energija goriva spreminja v mehansko energijo. To pa motor doseže tako, da z zgorevanjem mešanice zraka in goriva nastalo toplotno energijo spremeni v mehansko. Batni motorji to dosežejo tako, da se plini, ki nastajajo pri zgorevanju v valju hitro širijo in premaknejo bat. Premikanje dosežemo z izmeničnim zgorevanjem plina v zgorevalnem prostoru, ki se nahaja nad batom. Gibajoč bat vrti ročično gred in tako poskrbi za sesanje in komprimiranje zmesi goriva in zraka v valju. Več kot zmesi zraka in goriva valji vsesajo in komprimirajo, večja bo efektivna moč motorja. Kompresijsko razmerje nam pove kakšno je prostorninsko razmerje plinov v valjih pred in po komprimiranjem. Pri avtomobilskih motorjih je običajno kompresijsko razmerje 9:1 (zmes je stisnjena na devetino prvotne prostornine). Po vžigu mora stisnjena zmes zgoreti z enakomernim širjenjem plamena nad čelom bata. Če pa je kompresijsko razmerje za gorivo preveliko, to povzroči neenakomerno širitev plamena. Tisti deli zmesi, ki se nahajajo daleč od svečke, zgorijo eksplozivno hitro in povzročajo klenkanje motorja. To povzroči izgubo moči, pregrevanje in lahko tudi poškodbe motorja. Podobne izgube moči pa lahko povzroči tudi samovžig pred trenutkom vžiga na svečki, kar je pogosto posledica neustrezne oziroma pokvarjene svečke. Avtomobilski motorji so večinoma štiritaktni, le redke avtomobile še poganjajo dvotaktni motorji, pri katerih je delovni takt le pri pomiku bata navzdol (Bizjan, Kern, 2010).



Slika 1: Delovanje motorja na notranje izgorevanje (Spletni vir1) 2.1.1 OTTOV MOTOR Ottov motor je motor na prisilni vžig, ki ga je leta 1876 izumil nemški inženir Nikolaus August Otto. Delovni krog motorja vsebuje štiri takte, kar pomeni, da se cikel zaključi, ko se v motorju zgodijo štiri spremembe. Ottov motor deluje tako, da pretvarja toploto, ki jo dobi med zgorevanjem goriva, v mehansko energijo. Gorivo, ki poganja motor, je običajno zmes zraka in bencina. Proces zgorevanja poteka v povsem zaprtih valjih v notranjosti. Ottov motor je batni motor, kar pomeni, da za vžig potrebuje svečko, da pa sprožimo kemično reakcijo svečke, je potrebno dovajanje energije v prostor med elektrodama. Medtem, ko se bati premikajo navzdol, v valjih ustvarijo podtlak, ki gorivo vsesa. Ob premikanju bata navzgor se zmes goriva stiska oziroma komprimira. Ko je zmes najbolj stisnjena, jo iskra vžge, zgoreli plini pa potisnejo bate navzdol. Vrtenje bata se prenaša na ročično gred vozila, sklopka, menjalnik in diferencial, pa poskrbijo za oddajanje moči kolesom. Bat in ročično gred povezuje ojnica, ročična gred pa poganja odmično gred, ki je zadolžena za odpiranje in zapiranje ventilov valjev. Štirje takti Ottovega štiritaktnega motorja (Energetika in motorji, 2014):

- 1. takt (sesanje): Izpušni ventil je zaprt, bat se giblje navzdol in sesa zmes bencina ter zraka skozi sesalni ventil. Ko se ta proces zaključi, se ventil zapre.

- 2. takt (kompresija): Izpušni ter sesalni ventil sta zaprta. Bat se giblje navzgor in stiska zmes v zgorevalni prostor. Pri stiskanju nastane toplota, zaradi katere se kapljice uplinijo.

- 3. takt (delo): Izpušni ter sesalni ventil sta še vedno zaprta. Iskra s svečke poskrbi, da se komprimirana zmes vžge. Zgoreti plini se širijo ter bat potiskajo navzdol, ob koncu takta pa se izpušni ventil odpre.



- 4. takt (izpuh): Sesalni ventil ostaja zaprt. Med gibanjem navzgor bat potiska ostanke zgorevanja skozi izpušni ventil. Ob koncu takta se sesalni ventil odpre, izpušni pa zapre. Nato se proces nadaljuje zopet s prvim taktom.

Moč, ki je potrebna za zagon motorja prihaja iz električnega zaganjalnika. Zaganjalnik vsebuje zobato kolesce, ki se prime v ozobljeni venec na vztrajniku ter požene ročično gred in vztrajnik v vrtenje. Ta proces omogoča ojnicam in batom premikanje gor in dol. V delovnem taktu bati ustvarjajo sunke, ki jih vztrajnik blaži, tako da se ročična gred lahko enakomerno vrti. Motor vsebuje dvojne stene, med katerimi se pretaka voda, ki poskrbi, da se kovinski deli ne pregrevajo. Zaradi visokih temperatur, ki so stalnica pri zgorevanju goriva, bi se ti deli lahko pregreli in prenehali delovati. Ko se voda pregreje, odteče skozi hladilnik oziroma izhlapi v okolje. Za hitrejši pretok zraka skozi hladilnik v okolje pa je zadolžen ventilator. Da pa kar se da zmanjšamo drgnjenje med gibljivimi deli ter poskrbimo za dodatno hlajenje, pa nikakor ne smo pozabiti na mazanje motorja. Med delovanjem motorja oljna črpalka ves čas dovaja olje do vseh mazalnih mest v motorju. Črpalka je nastanjena v oljni kadi pod valji. Motorji na prisilni vžig lahko delujejo tudi na plin ali razna alternativna goriva, v avtomobilski industriji pa še vedno prevladujejo bencinski motorji.

Slika 2: Delovanje štiritaktnega Ottovega motorja (Spletni vir 2) 2.1.2 DIZELSKI MOTOR

Osebnih vozil z dizelskimi motorji je na naših cestah vedno več, saj nudijo manjšo porabo goriva in s tem nižje stroške vzdrževanja vozila. Poleg nižje porabe nudijo tudi popolnejše izgorevanje in manj vroč izpuh kot bencinski motorji. Zaradi nižjih obratov imajo v osnovi manjšo moč kot bencinski motorji, zato je na cestah vedno več dizelskih motorjev z turbopolnilniki. Dizelski motor je leta 1892 patentiral nemški inženir Rudolf Diesel. Je vrsta motorjev z notranjim zgorevanjem, ki nima vžigalnih svečk, saj vžig povzroči visoka temperatura, ki nastane kot rezultat močno stisnjenega zraka v valjih. Ker



je komprimiran zrak zelo vroč, se gorivo samo vžge in ne potrebuje vžigalne svečke kot bencinski motor. Glava dizelskega motorja je največkrat izdelana iz aluminijeve litine, blok motorja pa iz sive litine z ojačenimi rebri, ki nudijo potrebno trdnost. Prav zato so današnji dizelski motorji samo malo težji od bencinskih enake prostornine (Pavšič, 2013). Dizelske motorje lahko delimo na dvotaktne in štiritaktne. Manjši motorji, ki se uporabljajo za pogon osebnih vozi so skoraj izključni štiritaktni. Dvotaktni motorji so večji in počasneje tekoči, uporabljajo pa se tudi za pogon ladij. Dvotaktni motorji so enostavnejši, saj vsebujejo manjše število delov. So zelo zanesljivi in ne potrebujejo ventilov. Motorja se razlikujeta po načinu dotoka svežega zraka in odstranjevanja dimnih plinov iz valja (Bizjan, Kern, 2010). Prednosti dizelskih motorjev so: -manjša poraba goriva -nižji stroški vzdrževanja -visok navor pri nižjih hitrostih -dolga življenjska doba -povzročajo majn C02 emisij Slabosti dizelskih motorjev so: -večje emisije trdnih delcev -dražja izdelava -večja teža vozila -slabši pospeški - glasnejši prazni tek

2.2 FOSILNA GORIVA Fosilna goriva so nastala z razkrojem živalskih in rastlinskih snovi pod visokim pritiskom, globoko pod zemeljskim površjem. Ko se je plast odmrlega rastlinja in zemlje večala, se je pritisk na spodnje plasti povečal. Iz spodnjih plasti je najprej nastala šota, z večanjem pritiska pa tudi lignit in rjavi premog, če pa se je pritisk še povečal, pa je nastal tudi črni premog. Fosilna goriva pa so nastajala tudi v morjih, saj je na dnu ogromno majhnih odmrlih rastlin in živali. Plasti drugih materialov so ostanke rastlin in živali prekrile in jih močno stisnile. Pod morjem pa je začela nastajati gosta črna kapljevina imenovana nafta. Nafto uporabljamo ljudje že približno 8000 let. V preteklosti se je nafta uporabljala predvsem pri gradnji, izolaciji, zdravstvu, ogrevanju in razsvetljevanju, Egipčani pa so jo uporabljali tudi za mumificiranje. Zemeljski plin pa so Kitajci že okoli leta 900 napeljali po bambusovih ceveh in ga uporabljali za ogrevanje, razsvetljavo in kuhanje (Medved, Arkar, 2009). Fosilna goriva zajemajo premog, nafto in zemeljski plin. V preteklosti so prav ta goriva omogočila industrijski razvoj, saj je bila njihova zaloga večja, cena pa nižja. Iz fosilnih goriv pridobivamo dizel in bencin, ki poganjata večino cestnega prometa, ter kerozin, ki se uporablja kot gorivo v letalskem prometu. Trenutno fosilna goriva še pokrivajo večino potreb po energiji v svetu, vendar se zaloge manjšajo. Večina osebnih vozil pa je še vedno odvisnih od nafte.



2.2.1 PRIDOBIVANJE FOSILNIH GORIV Preden se lahko začne pridobivanje fosilnih goriv jih je seveda potrebno najti. Kje je locirano nahajališče premoga, nafte ali plina lahko sklepamo iz različnih značilnostih okolja. Geologi proučujejo fosile v kamninah in iščejo tipe kamnin, kjer bi lahko u preteklosti nastala fosilna goriva. Meritve magnetnega polja it letala lahko pokažejo, katere vrste kamnin se nahajajo pod površjem. Z meritvami težnega pospeška se da veliko ugotoviti o gostoti kamnin, saj je težni pospešek večji nad kamninami z večjo gostoto. Pridobivanje premoga je odvisno od tega, kako globoko pod površjem se nahaja. Če je nahajališče premoga blizu površja (do 60m), se ga pridobiva z površinskim kopom, kjer je potrebno odstraniti ogromno površinskega sloja. Ko rudarji naletijo na kamnino, ki vsebuje premog, jo razstrelijo z dinamitom. Kose kamnine in premoga nato poberejo in ločijo. V primeru, da plasti premoga segajo globlje, pa je potreben globinski kop. Pri globinskem kopu je potrebno skopati globok jašek, ki sega do plasti premoga. Jaški so večinoma dolgi do 90 metrov, segajo pa lahko do globine več kot 600 metrov. Rudarji nato kopljejo v vodoravni smeri, proč od glavnega jaška. Ko je premog nabran se odstrani kamne, premog pa zdrobi in opere (Graham, 2000).

Slika 3: Površinski kop v Rusiji (Spletni vir 3) Nafto in plin pa pridobivamo tako, da do nahajališča izvrtamo vrtine skozi zemeljsko skorjo. Z ostrimi zobmi opremljena konica svedra je pritrjena na cev in se vrti, ter ob tem reže skozi površje in kamnine. Ko konica doseže plast nafte ali plina, je lahko cev dolga že več kilometrov. V preteklosti je motor na površju vrtel sveder in z njim celotno cev, danes pa se večinoma uporablja turbosveder, pri katerim se cev ne vrti. Nahajališča nafte pod zemljo so običajno pod velikim tlakom. Ko konica svedra prodre do plasti nafte skozi kamnino, se lahko nafta dvigne po cevi in brizgne na površje. Take izbruhe danes preprečujejo s posebnimi ventili v glavi vrtine.



Slika 4: Pridobivanje nafte in plina na površju (Spletni vir 4) Nahajališča pod morskim dnom načrpajo približno tretjino nafte na svetu. Nafto črpajo iz naftnih ploščadi, ki so lahko plavajoče ali fiksne. Najgloblja ploščad je plavajoča ploščad Perdido v Mehiškem zalivu in sega do globine 2438 metrov. Fiksne ploščadi pa segajo manj globoko, najgloblja je Petronius prikazana na sliki 5, ki se prav tako nahaja v Mehiškem zalivu in sega 535 metrov globoko. Pri velikih naftnih poljih je lahko zasidranih tudi več naftnih ploščadi (Graham, 2000). Nahajališča, ki pa so premajhna, da bi za njih postavili ploščad, so povezana s podvodnimi cevovodi z bližnjimi ploščadmi. Ta manjša nahajališča se imenujejo satelitska naftna polja. V primeru, da je voda nad nahajališčem zelo plitva, pa se lahko nasuje umetni otok. Glavna nahajališča nafte pod morsko gladino se nahajajo pri Arabskem zalivu, Mehiškem zalivu in pod Severnim morjem med obalama Škotske in Norveške. Nafta in plin, pridobljena na naftnih ploščadih, do obale običajno prideta po naftovodih in plinovodih.



Slika 5: Petronius naftna ploščad v Mehiškem zalivu (Spletni vir 5) 2.2.3 PREDELAVA SUROVE NAFTE Nafta, ki priteče direktno iz zemlje je zmes različnih kapljevin, plinov in trdih delcev. Taka nafta se imenuje surova nafta in v taki obliki ni uporabna, zato je potrebna predelava, ki poteka v rafinerijah. Tam se z različnimi postopki, kot so toplotna obdelava, povečan tlak in kemijski postopki, loči posamezne sestavine surove nafte. Nato pridobimo produkte kot so naftni plin, bencin, kerozin, dizel, kurilno olje, parafin, razna maziva, smole in bitumen (katran). V rafinerijah se večina nafte predela z destilacijo in krekingom. Postopek poteka tako, da se nafto najprej segreje v destilacijski koloni, kjer se olja in plini z majhno gostoto dvignejo na vrh posode, gostejša olja, parafin in katran pa ostanejo na dnu. Razni produkti predelave pritekajo iz kolone na različnih višinah in se imenujejo frakcije. Ker pa se s samo takim postopkom pridobi preveč olj in premalo bencina, se uporabljajo se različni kemijski postopki, imenovani kreking, ki povečajo delež pridobljenega bencina. Stranski proizvodi predelave nafte pa se uporabljajo v kemičnih industrijah za izdelavo različnim mas, detergentov, insekticidov, sinteznih vlaken, zdravil in drugih snovi (Medved, Arkar, 2009).



Slika 6: Rafinerija nafte Sisak (Spletni vir 6) 2.2.2 OBREMENJEVANE OKOLJA S FOSILNIMI GORIVI V zadnjem desetletju nastajajo vedno večji problemi zaradi obremenjevanja okolja z osebnimi vozili. Koncentracija dušikovih oksidov in delcev se zaradi vedno večjega obsega osebnih vozil veča. Dušikovi oksidi nastajajo, ko bencinski motorji niso ogreti na delovno temperaturo, povzročajo raka in so največji problem v mestnih središčih. Največ škodljivih učinkov na okolje povzročata predvsem dušikov oksid (NO) in dioksid (NO2). NO oksidira v NO2 , ki ob prisotnosti sončnega sevanja reagira z ogljikovodiki v fotokemični smog. Izpusti delcev pa povzročajo različne bolezni dihal. Pri zgorevanju bencina v avtomobilskih motorjih nastaja ogljikov monoksid, ki povzroča težave v krvnem obtoku, ob veliki količini pa povzroči celo smrt. Ogljikov monoksid glede na količino sodi med največje onesnaževalce zraka, nastaja pa pri nepopolnem zgorevanju ogljika v fosilnih gorivih. CO v ozračju na rastline sicer nima negativnega vpliva, škoduje pa zdravju ljudem, saj slabša sposobnost prenašanja kisika v krvi. Ker ima veliko afiniteto do hemoglobina, že majhne količine CO zelo zmanjšajo količino kisika, ki potuje po telesu (Medved, Arkar, 2009). Pri zgorevanju nafte nastajata tudi žveplov dioksid, ki je glavni povzročitelj kislega dežja in pa ogljikov dioksid, ki je odgovoren za nastanek tople grede. Poleg tega, je problem pri osebnih vozilih na fosilna goriva tudi hrup, ki lahko povzroči motnje v delovanju srca, ožilja in imunskega sistema. Pri delovanju termoelektrarn se v ozračje izpuščajo žveplov dioksid, dušikovi oksidi, ogljikov dioksid in monoksid. Te snovi lahko dražijo pljuča, povzročajo kisel dež in prispevajo k segrevanju ozračja. V tabeli 1 so pokazani prispevki sektorjev, ki doprinesejo k pojavu tople grede v Sloveniji.



Sektor Prispevek (%)

Energetika 32

Promet 21

Poraba goriv v industriji in gradbeništvu 12

Poraba goriv v gospodinjstvih in komercialnem sektorju

14

Industrijski procesi 6

Kmetijstvo 10

Odpadki 3

Ostalo 2

Tabela 1: Prispevki posameznih sektorjev k pojavu tople grede v Sloveniji za leto 2004 (Majaron M., 2006) Kot je prikazano na sliki 7, kisel dež nastane, ko se žveplov dioksid in dušikovi oksidi zmešajo z vlažnim zrakom. Veter nato oblake odnese tudi več sto kilometrov daleč, ko pa začne deževati se počasi uničuje vodno življenje, gozdovi in tudi fasade zgradb. Tudi nekateri naravni dejavniki, kot so vulkani, močvirja in odmiranje rastlin, povzročajo žveplov dioksid in druge pline, ki pripomorejo k nastanku kislega dežja. Vseeno pa je večji del odgovornosti za nastanek kislega dežja na človeških ramenih. Največji problem kislega dežja je njegovo hitro prenašanje in širjenje, saj veter oblake hitro prenaša in s tem tudi kisel dež (Graham, 2000).

Slika 7: Nastanek kislega dežja (Spletni vir 7) Večja mesta se srečujejo tudi s problemom smoga, ki je nekakšna kombinacija dima in megle, ki je lahko nevarna za zdravje. Smog večinoma nastaja s kurjenjem premoga in ko se izpušni plini bencinskih motorjev v močni svetlobi mešajo z zrakom. Predvsem v večjim mestih, kjer je ogromno cestnega prometa nastaja mračna meglica, ki se imenuje fotokemični smog. Zaradi raznih vremenskih razmer se lahko smog dalj časa zadržuje nad mestom in povzroči težave z dihanjem, v redkih primerih pa tudi smrt.



Slika 8: Smog v Šanghaju (Spletni vir 8) Prekomerno izgorevanje fosilnih goriv vpliva tudi na spremembe podnebja. Podnebje se zaradi rabe fosilnih goriv spreminja tako, da se postopoma viša povprečna temperatura zraka na površju zemlje. V zadnjih dvajsetih letih se je ozračje ogrelo za približno 0,7°C glede na povprečje v zadnjih tisočih letih. Do leta 2100 pa naj bi se povprečna globalna temperatura dvignila tudi za 5,8°C, kot posledica človeškega delovanja. Za višanje temperature je odgovorno naraščanje koncentracije toplogrednih plinov v atmosferi. Najpomembnejši toplogredni plin je ogljikov dioksid, katerega glavni povzročitelj so elektrarne, promet in industrija. Izgorevanje fosilnih goriv je odgovorno za približno 80% svetovnih antropogenih CO2 emisij. Vsa fosilna goriva pa seveda ne sproščajo enake količine CO2 emisij. Premog je zgrajen predvsem iz ogljika, zato pri izgorevanju nastajajo predvsem CO2 emisije. Metan kot naravni plin pri zgorevanju oddaja vodo in CO2, toda v primerjavi z zgorevanjem premoga so emisije CO2 manjše. Nafta pa se glede emisij CO2 uvršča nekje na sredino med premogom in metanom (Graham, 2000). Avtomobilska industrija vedno bolj strmi k zmanjšanju izpustov CO2 in manjši porabi, vendar pa ob vedno večjem številu osebnih vozil, to morda ne bo dovolj. Emisije, ki nastajajo pri zgorevanju fosilnih goriv lahko zmanjšamo pred sežigom, ob sežigu in po sežigu. Pred sežigom jih lahko zmanjšamo z uporabo goriv z večjim deležem vodika in manjšim deležem žvepla in dušika. Če gorivo vsebuje manjše vsebnosti ogljika, so manjše tudi emisije CO2. Ob sežiganju fosilnih goriv lahko zmanjšamo emisije CO, HC in NOx, z uporabo katalizatorjev ali z dodajanjem snovi, ki reagirajo z žveplovim oksidom in se kot trdi delci izločajo v kurilni napravi. Po se sežiganju pa lahko zmanjšamo emisije s čiščenjem dimnih plinov, predvsem žveplovega dioksida in prašnih delcev (Medved, Arkar, 2009).



2.3 ELEKTRIČNI POGON

Avtomobili, ki jih poganja elektromotor, so vse do nedavnega predstavljali veliko redkost in so se bolj ali manj uporabljali le v razne specialne namene. Predvsem v letu 2009, pa je mogoče na osnovi trendov, ki se kažejo ne le med konceptnimi vozili ampak tudi pri napovedih povsem konkretnih modelov, namenjenih serijski proizvodnji, sklepati, da se bodo v prihodnjem desetletju razmere precej spremenile in da električno gnani avtomobili na cestah ne bodo le eksotični primerki, ampak bodo predstavljali znaten delež avtoparka (Senegačnik, Vuk, 2010). Električni motor lahko poganja različne tipe vozil, kot je to prikazano na sliki 9. Električni motor je izumil madžarski inženir Anyos Jedlik leta 1828, za izum električnega avtomobila pa so poleg njega zaslužni še nekateri drugi znanstveniki. Pomemben korak k električnemu avtomobilu so predstavljale izboljšave baterij, pri katerih sta veliko prispevala francoska strokovnjaka Gaston Plante (1865) in Camille Faure (1881). Angleški izumitelj Thomas Parker, ki je med drugim zaslužen za elektrifikacijo londonske podzemne železnice, je trdil, da je leta 1884 izdelal električni avtomobil (Electric car).

ELEKTRIČNI

AVTOMOBILI

ZAPOREDNI HIBRIDI

Motor z

notranjim

izgorevanjem

Električni

motor

VZPOREDNI HIBRIDI

Pogon vozila

Električni

motor

Pogon vozila

Električni

motorPogon vozila

Gorivne

celice

GORIVNE CELICE

BATERIJSKA ELEKTRIČNA VOZILA

Električni

motor Pogon vozilaBaterije

Motor z

notranjim

izgorevanjem

Slika 9: Različni tipi vozil, ki jih poganja elektromotor (M. Senegačnik, D. Vuk, 2010) Električni pogonski sistem je v grobem sestavljen iz vira električne energije, elektromotorja in krmilne elektronike. Najpogosteje uporabljen električni vir predstavlja akumulator oziroma baterija. Z baterije preko elektronike poganjamo elektromotor, mehansko energijo pa nato preko mehanskih prenosov prenesemo



do koles. Ko zaviramo, lahko tok energije obrnemo, elektromotor deluje kot generator, s tem pa del energije vrnemo v baterijo. Ta sistem imenujemo regenerativno zaviranje. Uvajanje električnih avtomobilov se spodbuja predvsem zaradi njihovega vpliva na okolje. Električna vozila, pri katerih elektromotor napajajo baterije, ne povzročajo dejansko nikakršnih neposrednih emisij izpušnih plinov. V tem pogledu ustrezajo kriterijem tako imenovanih vozil z ničelno emisijo (ZEV – angleško zero emission vehicle) (Senegačnik, Vuk, 2010). Zmanjšanje emisij se pozna predvsem v mestni vožnji, ko katalitični pretvorniki pri vozilih s pogonom na notranje izgorevanje, še ne delujejo optimalno. Nekoliko bolj kompleksna pa je situacija glede emisij toplogrednih plinov. Seveda električna vozila ne emitirajo neposredno nikakršnih izpušnih plinov – tudi ne ogljikovega dioksida (CO2). Vendar pa je potrebno nekje dobiti električno energijo za polnjenje baterij. V kolikor je ta pridobljena iz fosilnih goriv, do emisij ogljikovega dioksida v ozračje pride pri proizvodnji električne energije (Senegačnik, Vuk, 2010). Če pa je energija, ki se uporablja za polnjenje baterij, pridobljena iz obnovljivega vira energije, pa to znatno pripomore k zmanjšanju učinka tople grede. Zato lahko predvidevamo, da bo energija, uporabljena za pogon elektromotorja pridobljena predvsem iz sončnih in vetrnih elektrarn, nekaj pa tudi iz hidroelektrarn in jedrskih elektrarn. Glavni problem pri baterijsko gnanih električnih vozilih sta bila ves čas predvsem:

majhen doseg (razdalja, ki jo vozilo lahko prevozi z enim polnjenjem baterije)

dolgotrajno polnjenje baterije V tem pogledu električni avtomobili močno zaostajajo za tistimi, ki jih poganja motor z notranjim izgorevanjem (Senegačnik, Vuk, 2010). Litijeva ionska baterija, ki poganja Nissanov model Leaf ima izhodno moč 90 kW in napaja elektromotor, ki dosega največjo moč 80 kW in navor 280 Nm. Vozilo ima z enim polnjenjem baterij doseg 160 km (Nissan, 2009). Ker avto poganja le elektromotor, ne oddaja v ozračje nikakršnih emisij – niti klasičnih polutantov niti ogljikovega dioksida in tako izpolnjuje vse kriterije vozil z ničelno emisijo. Velik plus predstavlja tudi izkoristek motorja, ki je pri bencinskih motorjih od 30 do 37 %, pri dizelskih okoli 40 %, pri elektromotorjih pa znaša kar 90 %. Baterije in ostala elektronika, ki skrbijo za moč vozila, imajo izkoristek približno 90 % (Senegačnik, Vuk, 2010). Uvajanje kateregakoli alternativnega goriva je seveda povezano s kar precejšnjimi logističnimi problemi. Pri električnih vozilih je sicer osnovna infrastruktura, t.j. električno omrežje na voljo, seveda pa je potrebno zagotoviti polnilne postaje. Predvideva se, da bi lahko uporabniki polnili baterije tudi iz hišne električne napeljave. Obstaja nevarnost preobremenitev, vendar ocenjujejo, da bi večina polnjenj potekala ponoči, ko omrežje ni tako obremenjeno. Kot alternativna možnost obstaja tudi koncept zamenljivih baterij – namesto, da uporabnik sam polni izpraznjeno baterijo, jo enostavno na postaji zamenja z novo oz. napolnjeno, prazno baterijo pa preda v polnjenje tako, kot to npr. poteka pri jeklenkah s plinom za uporabo v gospodinjstvu. V vsakem primeru bo uporaba električnega pogona vozil zahtevala vzpostavitev ustrezne infrastrukturne mreže za oskrbo kot tudi prilagoditev uporabnikov.



2.3.1 ZGODOVINA ELEKTRIČNIH AVTOMOBILOV Do nedavnega so avtomobili, ki jih poganja elektromotor predstavljali pravo redkost. Na osnovi trendov, ki so se pojavili že leta 2009, pa je mogoče sklepati, da bodo električna vozila vse pogosteje prisotna na cestah. Električni motor je izumil madžarski inženir Anyos Jedlik že leta 1828, velik korak k električnem avtomobilu pa sta z izboljšano baterijo naredila francoska strokovnjaka Gaston Plante (1865) in Camille Faure (1881). Angleški izumitelj Thomas Parker naj bi izdelal električni avtomobil že leta 1884, kar je malo za tem ko je nastal prvi avtomobil, ki ga je poganjal motor na notranje izgorevanje. Za izumitelja motorja s prisilnim vžigom velja Nicolaus Otto, ki je patentiral štiritaktni motor z notranjim izgorevanjem leta 1862, nato pa v sodelovanju z Daimlerjem in Maybachom izpopolnjeno verzijo predstavil leta 1876. Karl Benz je avtomobil, ki ga je poganjal štiritaktni motor s prisilnim vžigom, patentiral leta 1886 in njegovi avtomobili so postali prvi avtomobili v proizvodnji. Rudolf Diesel je leta 1893 patentiral motor s kompresijskim vžigom (Internal combustion engine, 2010). V tem času so avtomobili predstavljali alternativo vprežnim vozilom. Avtomobili pa niso delovali samo na električen motor ali motor na notranje izgorevanje, kar precej jih je takrat poganjal še parni motor. Prvi avtomobil, ki je presegel hitrostno mejo 100 km/h je poganjal električni motor (Camille Jenatzy leta 1899 z avtomobilom »Jamais Content«). V začetku 20. stoletja je bilo v ZDA registriranih 40% parnih, 38% električnih in 22% bencinskih avtomobilov (Electric cars, 2010). Že takrat pa sta bila glavna problema pri električnih avtomobilih majhen doseg in dolgo polnjenje baterije. Delež električnih vozil v ZDA je začel močno vpadati po letu 1920, saj so takrat nastale pomembne izboljšave bencinskih motorjev. Pomemben korak za prevlado bencinskih motorjev pa je naredil Henry Ford, ki je uvedel množično proizvodnjo vozil z bencinskim motorjem. S tem je bila cena bencinskih vozil precej nižja, delež električnih avtomobilov pa precej manjši (Senegačnik, Vuk, 2010). 2.3.2 PRIDOBIVANJE ELEKTRIKE Proizvodnja elektrike lahko poteka iz veliko različnih virov energije. Najpomembnejši način poteka s pomočjo alternatorjev ali generatorjev, ki spreminjajo mehansko energijo v elektriko. Transport elektrike ni povezan z premikanjem mas, kar ga naredi zelo učinkovitega. Večinski del električne energije se ustvarja centralno, zato nastane večina odpadkov pri proizvodnji in na mestu proizvodnje. Prav zato odpadkov na mestu uporabe električne energije ni ali pa so zelo majhni. električna energije je zelo vsestranska, saj jo lahko enostavno pretvorimo v toploto, svetlobo ali mehansko delo. Ker pa se elektrike ne da shranjevati, morata biti proizvodnja in poraba zelo usklajeni. Klasične termo elektrarne, imenovane tudi parne termoelektrarne, potrebujejo fosilna goriva, s pomočjo katerih v kotlu segrevajo in uparijo vodo. Para, ki je nastala s segrevanjem nato ekspandira v turbino in ustvari delo ter poganja generator električne energije. Para se nato kondenzira v kondenzatorju. Odvzeta toplota se nato prenese na okolico v hladilnih stolpih ali pa v vodotok. Visokotlačna črpalka, imenovana tudi napajalna črpalka, potiska vodo nazaj v



kotel. Trenutno so termoelektrarne najpomembnejši proizvajalec električne energije v številnih državah. Pogoste so predvsem zato, ker imajo dolgo življenjsko dobo, izkoristek med 35% in 43%, ter so primerne za uporabo vseh vrst fosilnih goriv. Kot slabe lastnosti pa lahko izpostavimo predvsem visoko ceno izgradnje in številne negativne vplive na okolje, kot so emisije plinov, pepel in sadro (Graham, 2000). Termodinamični način za proizvodnjo elektrike pa predstavljajo tudi plinske termoelektrarne. Način delovanja poteka tako, da vanje vstopa zrak iz okolice v kompresor in nato z visokim tlakom v zgorevalno komoro. V komoro se nato dodaja fosilno gorivo, ki ob vsebnosti kisika zgori. Dimni plini nato preidejo v turbino kjer ekspandirajo, ter se sprostijo v okolico. Poleg generatorja električne energije pa je turbina zadolžena tudi za kompresor. Pogon procesorja porabi med 40% in 60% dela turbine, za napajalno črpalko pri parnih procesih pa se porabi le med 1% in 2% proizvedenega dela. Plinske toplotne črpalke so cenejše od parnih, a omogočajo sežiganje samo plina ali kurilnega olja. Imajo zelo kratek zagonski čas, zato se uporabljajo predvsem ob konicah porabe elektrike. Primerne pa so tudi zato, ker ne potrebujejo dragih čistilnih naprav in povzročajo nizke emisije CO2.

Ker pa je temperatura plinov pri izstopu iz plinske turbine zelo visoka (okoli 500oC), se lahko uporabi ta toplota za proizvodnjo pare. Tako se združita dva procesa zaporedni in dobimo plinsko-parne termoelektrarne, katerih shemo delovanja prikazuje slika 10. Pri enaki porabi goriva se na tak način pridobi okoli 60% več elektrike, kot pri povprečni parni elektrarni (Graham, 2000).

Slika 10: Shema plinsko-parne termoelektrarne, kjer prestavljajo številke: 1 generatorja električne energije; parni proces: 2 parna turbina, 3 kondenzator, 4 napajalna črpalka, 5 uparjalnik v toku izpušnih plinov iz plinske turbine; plinski proces: 6 plinsko turbinski postroj, ki ga sestavljajo kompresor, gorilniki in plinska turbina v ožjem smislu (Spletni vir 9) Električna energija se lahko proizvaja tudi s pomočjo vode in sicer v hidroelektrarnah. Hidroelektrarne ločimo glede na pretok vode in sicer na pretočne, akumulacijske in črpalno-akumulacijske. Pretočne vodne elektrarne delujejo tako, da voda teče skozi turbino brez zadrževanja, presežek vode pa odteka neizkoriščen. Primerne so predvsem za osnovno oskrbo z elektriko, nahajajo pa se na vodotokih s stalnim letnim pretokom. Akumulacijske



hidroelektrarne delujejo tako, da za jezom držijo vodo za vsaj nekajdnevno obratovanje. Celoletno delovanje pa je možno z dolinskimi pregradami v alpskih predelih. Pri črpalno-akumulacijskih hidroelektrarnah se voda zbira v dveh zbiralnikih, ki sta locirana na različnih nadmorskih višinah. Uporabljajo posebne vodne turbine, ki delujejo kot turbine in črpalke, toda ne istočasno. Ko se nakopiči dovolj električne energije, generator postane motor in s pomočjo elektrike iz omrežja poganja turbino. Turbina črpa vodo v višje ležeči zbiralnik, ob konicah porabe elektrike pa gre voda iz višjega zbiralnika skozi turbino in poganja generator. Slaba stran hidroelektrarn je prav gotovo njihova izgradnja, saj ni mogoča brez velikih in trajnih posegov v okolje. Poleg izgube obratovalnih tal se lahko začne na mestu izgradnje pojavljati megla, zmanjša pa se tudi vsebnost kisika v vodi. Hidroelektrarne lahko povzročijo tudi znižanje gladine struge in s tem zaloge podtalnice v okolju pod elektrarno. Druge slabe lastnosti pa se lahko kažejo v upočasnitvi toka reke, povečanem odlaganju proda in mulja, obremenitvi vode z odpadnimi vodami, spremembi favne in flore ob strugi ter oviranju poti rib. Pri izgradnji je zelo pomembno ohranjanje minimalnega stalnega pretoka imenovanega tudi biološki minimum, ki teče mimo hidroelektrarne. Ponekod ob jezovih je potrebno zagotoviti ribje steze, zaradi migracije rib ob drstitvi. Biološki minimum poskrbi za ohranjanje naravnih pogojev v reki in ob njej. Na pozitivni strani pa prinašajo zajezitve učinkovitejše namakanje, lažje preprečevanje poplav in omogočanje novih transportnih poti rek. Pri nas so hidroelektrarne zelo pomembne, saj prispevajo okoli 30% proizvedene energije v Sloveniji. Kar 68% hidroenergije pa je proizvedeno na reki Dravi (Graham, 2000).

Slika 11: Delovanje HE (Spletni vir 10) Proizvodnja električne energije lahko poteku tudi v jedrskih elektrarnah. Pri razcepu težkega atomskega jedra se sprosti veliko energije, zato se v različno zasnovanih jedrskih reaktorjih spreminja kinetična energija v toploto. Cepljenje težkih jeder in posledično sproščanje energije, poteka v posodah imenovanih jedrski reaktorji. Tudi v jedrskih reaktorjih ima pomembno vlogo voda, saj se uporablja za hlajenje reaktorja in tudi kot moderator. V primeru, da se moderator



upari in uporablja kot delovno sredstvo v turbini, kjer ekspandira in se po kondenzaciji vrne v reaktorsko posodo, se imenuje vrelovodni reaktor. V primeru, da se moderator samo segreje in ostane v tekočem stanju ter nato v uparjalniku drugo upari vodo, se imenuje tlačnovodni reaktor (Graham, 2000). Zaradi nizkih temperatur in tlaka uparjene vode v reaktorju, imajo jedrske elektrarne dokaj slab termodinamični izkoristek (prib. 27%). Pri gradnji in delovanju jedrskih elektrarn niso vključeni zunanji stroški, zato veljajo za gospodarne. Odlikuje jih dolga življenjska doba in nizki stroški za gorivo, zato se uporabljajo kot osnovne elektrarne. Velik problem pri delovanju jedrskih elektrarn pa predstavljajo jedrski odpadki in segrevanje okolice. Nizko radioaktivne odpadke, ki nastanejo pri vzdrževalnih delih, se stisne v kovinske sode. V takšne sode se prav tako stisnejo srednje radioaktivni odpadki, ki nastanejo v reaktorju in se nabirajo v posebnih filtrih. V pričakovani dobi elektrarne nastane nizko in srednje radioaktivnih odpadkov približno 15.000 m3. Kovinski sodi se shranjujejo v površinskem vodotesnem skladišču, kjer po približno 300 letih zaradi naravnega razpada, postanejo okolju nenevarni. Visoko radioaktivne odpadke pa predstavljajo ostanki jedrskega goriva. V jedrski elektrarni Krško jih vsako leto nastane okoli 24 ton. Taki odpadki zaradi visoke aktivnosti in zelo dolgega razpadnega časa izotopov, ostajajo nevarni še več tisoč let. Iz porabljenega goriva se lahko še vedno sprošča toplota, zato take elemente skladiščijo v bazenih z vodo. Tam odpadki ostanejo nekaj desetletji, da se zmanjša oddajanje toplote (Graham, 2000).

Slika 12: Delovanje JE (Spletni vir 11) Toplotne elektrarne in sončne celice, lahko sončno energijo spremenijo v elektriko. Toplotne elektrarne delujejo na enak termodinamičen proces kot termoelektrarne in jedrske elektrarne, le da namesto fosilnega oziroma jedrskega goriva uporabljajo sončno sevanje. Sončne celice, katerih delovanje je prikazano na sliki 13, pa s fotovoltaičnim pojavom, sončno sevanje neposredno pretvorijo v električno energijo. Z zgoščevanjem oziroma koncentracijo sončnega sevanja, z različno oblikovanimi zrcali, se dosežejo visoke temperature, ki so potrebne za delovanje toplotne sončne elektrarne. Pri tem procesu ima ključno vlogo stopnja zgoščevanja, ki prikazuje razmerje med površino zrcal in velikostjo sprejemnika, na katerega zrcala usmerjajo sončno sevanje. S sončnimi celicami pa se lahko



pridobi električno energijo tudi brez pretvorbe sončnega sevanja v toploto. Sončne celice so največkrat narejene iz polprevodnih snovi kot so germanij, kadmijev telurid, silicij in kadmijev sulfit. S primerno valovno dolžino sončni žarki povzročijo, da elektroni pridejo k dvema elektrodama, in če je tokokrog med njima sklenjen, nastane električni tok. Najbolj razširjene monokristalne in polikristalne silicijeve sončne celice so izdelane iz kristalo silicija, ki je primerno obdelan in narezan na tanke rezine. Silicij se lahko v vakuumskih komorah napari na ustrezno podlago, na primer steklo, in tako ustvari amorfne sončne celice. Največji izkoristek, ki znaša približno 17,5%, imajo monokristalne silicijeve sončne celice. Sončne celice proizvajajo enosmerni tok nizke napetosti (0,5 do 0,7V). Celice so krhke in majhnih dimenzij, zato so povezane v module in položene v ohišje, ki je najpogosteje iz dveh slojev toplotno in mehansko odpornega stekla. Moduli so lahko izdelani kot strešniki oziroma elementi, ki nadomestijo stekleno fasado, ali pa so fleksibilni. Poljubno gosta razporeditev kristalnih celic ali uporaba amorfnih prosojnih celic, omogoča, da stavbe naravno osvetlimo ali senčimo. Sončne celice so lahko vgrajene na strehe stavb ali na samostojne konstrukcije. Sončno sevanje je nestalno, zato je potrebno celice povezati z akumulatorjem, ki izravnava ta nihanja. Če pa je potrebna izmenična napetost, je potrebno v sistem vključiti še razsmernike, ki enosmerni tok spremenijo v izmenični ter transformatorje, ki zagotavljajo ustrezno napetost. Napetost običajno znaša 220V pri majhnih napravah in 380V pri velikih (Medved, Arkar, 2009).

Slika 13: Delovanje sončne celice (Spletni vir 12) Še enega od načinov pridobivanje električne energije predstavljajo vetrne elektrarne. Ker se zrak ogreva drugače nad kopnim kot nad morjem, nastajajo temperaturne razlike, katerih rezultat je veter. Gibanje zračnih mas se lahko izkoristi za pogon vetrnic, ki kinetično energijo zraka pretvorijo v mehansko delo ter prek generatorja v električno energijo. Izmed vseh tipov vetrnic imajo največji izkoristek vetrnice z vodoravno osjo vrtenja. Da bi bile vetrnice čim bolj izpostavljene zračnemu toku, so postavljene na visokih stebrih. Vetrnice pa se ločijo tudi glede na podatke o hitrosti vetra na nekem ozemlju. V primeru, da je hitrost vetra majhna, se uporabljajo počasi tekoče vetrnice. te vetrnice imajo 8



ali več lopatic in so primerne predvsem za pogon vodnih črpalk ali pri sistemih, ki uporabljajo dinamo in električni akumulator. Pri večjih hitrostih vetra pa se uporabljajo hitro tekoče vetrnice, ki pričnejo delovati pri hitrosti vetra med 4 in 5 m/s, nazivno moč pa dosežejo pri hitrostih okoli 10 m/s. Če pa je hitrost vetra večja od 25 m/s, se zaradi varnostnih razlogov vetrnica ustavi, saj lahko takrat nastopijo mehanske preobremenitve. najpogostejše so vetrnice z dvolistnim ali trolistnim rotorjem. Vetrnice z dvolistnim rotorjem so cenejše in omogočajo lažjo namestitev na stolp. Vetrnice s trolistnim rotorjem pa so zaradi enakomernejše obremenitve in enakomernejšega vrtenja vizualno sprejemljivejše. Vetrnica lahko deluje kot samostojni sistem opremljen z akumulatorjem, pri katerem je delovanje električnih porabnikov neodvisno od trenutne hitrosti vetra. Drug način delovanja pa je kot integrirani sistem za proizvodnjo elektrike, kjer so združeni vetrnice, sončne celice in lahko tudi dizel agregat. Tak sistem nudi od vremena neodvisno oskrbo z električno energijo in prav tako varčevanje s fosilnimi gorivi ter zmanjšanje emisij (Medved, Arkar, 2009).

Slika 14: Delovanje vetrnice (Spletni vir 13) Toplota shranjena v notranjosti Zemlje se imenuje geotermalna energija, izkorišča pa se jo z geotermalnimi elektrarnami. Geotermalna energija je nastala iz gravitacijske energije, katere del se je pred okoli 4.5 milijardami let spremenil v začetno toplotno energijo. Vir geotermalne energije je poleg shranjene toplote tudi radiogena toplota, ki je nastala ob razpadu naravnih radioaktivnih izotopov z dolgo razpolovno dobo. Ta toplota prihaja na površje iz Zemljinega jedra s prevodom, konvekcijo ali z magmo pri izbruhu vulkana. S prevodom toplote pride na površje zelo majhna količina toplote, saj imajo kamnine majhno toplotno prevodnost. Tekočine kot so magma in geotermalne vode so pravzaprav meteorne padavine, ki prodirajo v porozne kamnine in se segrete zadržujejo v poroznih plasteh ali nestrjenih usedlinah, ki se nahajajo med neporoznimi sloji kamnin. Te tekočine pridejo na površje s konvekcijo (Medved, Arkar, 2009).



Elektrarne, ki izkoriščajo geotermalno energijo, so zasnovane glede na temperaturo, količino geotermalne vode in njene kemične sestave. Največ je takih, z zaprtim parnim in binarnim termodinamičnim procesom. Ta proces je podoben tistemu v klasičnih parnih termoelektrarnah. Zaradi nizkih temperatur vode (130 do 200 oC) pa je izkoristek naprav zelo nizek in znaša le okoli 10%. Izkoristek se delno da izboljšati z izkoriščanjem kinetične energije plinov v plinski turbini, ki so locirani v geotermalni vodi pod visokim pritiskom. Zaradi čim manjšega obremenjevanja okolja se gradijo geotermalne naprave tako, da se tekočini, ki pride iz proizvodne vrtine, odvzame le toplota in metan in se nato v drugi vrtini, nekaj kilometrov oddaljeni od prve, vrne tekočino nazaj v vodonosnik. Tak sistem je v celoti zaprt in ne povzroča škodljivih emisij (Medved, Arkar, 2009).

Slika 15: Delovanje geotermalne elektrarne (Spletni vir 14) 2.3.3 OBREMENJEVANE OKOLJA Z ELEKTROMOTORJI Največje obremenjevanje okolja pri uporabi elektromotorjev predstavlja način, na katerega je bila pridobljena električna energija. Delovanje termoelektrarn obremenjuje okolje s segrevanjem ozračja in rečnih voda, emisijami, ki škodujejo ozračju ter z ostanki trdih delcev kot so pepel in sadra. Pepel nastaja v parnih termoelektrarnah, ki delujejo na premog. Ker se v plinskih elektrarnah uporablja naraven plin, so emisije CO2 približno za pol manjše kot v parnih. Naravni plin ne vsebuje žvepla, zato so emisije SO2 zanemarljive. Visoke temperature zgorevanja pa so razlog za visoke vsebnosti NOx, ki znašajo od 100 do 300 ppm. V primeru, da plinske elektrarne uporabljajo fosilna goriva, pa so emisije CO2 in predvsem SO2 precej večje, a še vseeno manjše kot pri kurjenju premoga (Medved, Arkar, 2009). Izkoriščanje vetrne energije, za pridobitev elektrike, pa je povezano z motečimi pojavi v okolju kot so vizualni zgled, škodljivi vplivi zvočnega valovanja ter razni vplivi na ptice. Prav zato je omejena jakost hrupa in najmanjša razdalja od naselji. Izkoriščanje geotermalne energije je lahko povezano z škodljivimi vplivi na okolje, saj geotermalni vrelci vsebujejo različne pline in razne organske snovi.



2.3.4 PREDNOSTI IN SLABOSTI ELEKTRIČNIH OSEBNIH VOZIL Glavne prednosti vozil z električnim motorjem so:

- Izkoristek motorja znaša približno 90%. - Stroški prevoza so precej nižji, saj je elektrika pri nas precej cenejša od

nafte. - Vozila so izredno tiha in tako ne predstavljajo zvočnega onesnaževanja. S

tem je tudi udobje potnikov večje. - Obremenjevanje okolja je precej nižje, saj med vožnjo ustrezajo

kriterijem tako imenovanih vozil z ničelno emisijo (emisije nastajajo ob proizvodnji akumulatorjev, lahko pa tudi pri pridobivanju električne energije).

- Imajo manj sestavnih delov, kar zmanjša možnost okvar in zniža stroške vzdrževanja.

- Vozila so preprosta za vožnjo, saj nimajo menjalnika. - Vozila z električnim pogonom nudijo enakomeren navor v celotnem voznem

območju. - Višina subvencije za nova baterijska električna vozila (M1) z nič CO2

emisijami na izpustu in minimalnim dosegom 100 km, znaša 5.000 evrov. Glavne slabosti vozil z električnim motorjem so:

- Glavni problem so akumulatorji. Današnji svinčeni akumulatorji niso veliko boljši od tistih, ki so jih med prvo svetovno vojno uporabljale nemške podmornice. Ni- Mh in Ni-Cd akumulatorji lahko pri isti masi skladiščijo približno dvakrat več energije, a so kar štirikrat dražji.

- Življenjska doba akumulatorjev znaša nekje do 10 let, nato jih je potrebno reciklirati. To predstavlja veliko obremenitev za okolje, posebej kadmij iz Ni-Cd akumulatorjev, kije zelo strupen.

- Domet pri električnem avtomobilu zelo kratek in ne zadostuje za daljše vožnje oziroma je potrebno med potjo akumulator dodatno polniti na polnilnih postaja, ki so prilagojene za hitro polnjenje električnih vozil.

- Električni avto mora imeti električno servo črpalko, električno klimatsko napravo in električno gretje. Te naprave niso bolj zahtevne od obstoječih, jih pa še ne proizvajajo v serijski proizvodnji, zato precej dražje.

- V električnih avtomobilih se uporablja napetosti med 120 in 600 V. Takšne napetosti so lahko nevarne tako za uporabnike kot tudi za serviserje.

- Dve tretjini električne energije se proizvedeta iz fosilnih goriv, kaj hitro opazimo, da so električni avtomobili posredno velik onesnaževalec okolja.

- Električni avtomobili so glede na moč motorja zelo težki. - Še ne povsem prilagojena infrastruktura. - Čas polnjenja akumulatorja traja vsaj tri ure. Ta problem bi se lahko rešil z

zamenljivimi akumulatorji.



2.4 PLINSKI POGON Predelava osebnih vozil na plinski pogon postaja vse pogostejša, saj v primerjavi z motorjem na notranje izgorevanje nudi manjšo porabo goriva in proizvaja manj izpušnih plinov, kateri pa so tudi čistejši. Poleg tega pa montaža plina v osebno vozilo dobro učinkuje na motor, saj mu podaljša življenjsko dobo za okoli 35%. Prav tako pa se podaljša tudi življenjska doba katalizatorja in lambda sonde. Montaža plina v osebno vozilo preprečuje nastajanje korozije, ki je posledica vseh aditivov, ki se nahajajo v bencinu. Plinski pogon poskrbi, da je delovanje motorja tišje in enakomernejše. V Sloveniji so že vse pogostejša vozila na električni in hibridni pogon, z uvedbo avtobusov na metan v Ljubljani, pa dobivajo vse več priložnosti tudi vozila na plinski pogon. Pogon na stisnjen zemeljski plin dobiva vse več pozornosti ob že nekaj časa uveljavljenemu pogonu na utekočinjen naftni plin. 2.4.1 VOZILA A VODIK Vodik je pri običajnih pogojih plin. Ima najmanjšo gostoto izmed vseh plinov (0,09 kg/m3 pri normalnih pogojih - tlaku 1,013 bar in temperaturi 0 oC) in zelo nizko vrelišče (-253 oC) (Lazarini,Brenčič, Krnel 1984). V prihodnosti je lahko pričakovati povečano uporabo vozil na vodik, saj ga je možno pridobivati v neomejenih količinah, z uporabo obnovljivih virov energije. Vodik je bil že uporabljen v

mešanici z naravnim plinom v motorjih imenovanih Hythane. Vse pogostejša pa je raba vodika v osebnih vozilih s pogonom na gorivne celice. Vozila na gorivne celice so lahko kar 2 do 3 krat bolj učinkovita kot vozila s pogonom na notranje izgorevanje. Motor pa lahko deluje izmenično na vodik in bencin, kjer voznik s pritiskom na gumb izbere želeni pogon. Uporaba vodika v motorjih na notranje izgorevanje ne predstavlja tako revolucionarne spremembe kot gorivne celice, saj je princip izrabe goriva isti kot pri bencinskih in dizelskih motorjih (toplota, ki se sprosti, se porabi za pogon avtomobila). V tem primeru gre za podobno modifikacijo, kot pri uporabi stisnjenega zemeljskega plina ali utekočinjenega naftnega plina. Pogon, ki uporablja tako bencin in vodik, je še posebej priročen, saj je oskrba z vodikom problematična zaradi redke mreže črpalk. Večina proizvajalcev vozil, ki delajo na področju rabe vodika za pogon vozil, svoje raziskave usmerja v gorivne celice. Pri BMW-ju pa veliko pozornosti namenijo tudi rabi vodika za pogon motorjev z notranjim izgorevanjem. Primer takega vozil je BMW 745 hdi. Vozilo poganja osem valjni motor s prostornino 4.4 litra. Kadar ga poganja vodik, motor lahko razvije moč 138 kW in avto požene do 214 km/h. Z enim rezervoarjem vodika lahko prevozi okrog 300 km. Bencinski rezervoar avtu omogoča dodatnih 650 kilometrov vožnje tako, da je skupna razdalja, ki jo lahko avto prevozi brez polnjenja rezervoarja, 950 km (M. Senegačnik, D. Vuk, 2007). Zgodovina gorivnih celic sega v davno leto 1838, ko je princip delovanja gorivne celice iznašel nemški znanstvenik Christian Friedrich Schönbein. Na podlagi njegove objave pa je leto kasneje Sir William Grove, v reviji Philosophical Magazine and Journal of Science, demonstriral prvo gorivno celico. Že njegova celica je bila zgrajena iz podobnih materialov kot so današnje fosforno-kislinske gorivne celice. Thomas Grub pa je leta 1955 izpopolnil originalni načrt, saj je dodal žveplano polistirensko ionsko izmenjevalno membrano v vlogi elektrolita. Kemik Leonard Niedrach pa je leta 1957 izumil način deponiranja platine na



membrano, ki služi kot katalizator za vodikovo oksidacijo in kisikovo redukcijsko reakcijo. Podjetje GEC je skupaj z vesoljsko agencijo NASA in podjetjem McDonnell Aircraft nadaljevalo razvoj gorivnih celic, kar je pripeljalo do uporabe gorivnih celic pri projektu Gemini (Gorivne celice: energija prihodnosti). Delovanje vodikove gorivne celice, prikazano na sliki 16, poteka podobno kot delovanje baterije. Za kemično reakcijo sta potrebna vodik in kisik. Pri reakciji se atoma vodika in kisika združita, ter pri tem ustvarjata vodo in električno energijo. Gorivno celico sestavljata dve elektrodi, to sta anoda in katoda, ki sta preko katalizatorjev spojeni z elektrolitom. Molekula kisika v reakcijo vstopi skozi katodo, molekuli vodika pa skozi anodo. Katalizator spodbudi vodik, da le ta razpade na proton, ki nadaljuje pot skozi elektrolit in na elektron, ki ga lahko uporabimo za pogon električnega bremena preden se vrne v katodo, kjer se skupaj s kisikom in vodikom združi v vodo. Vodikova celica temelji na kemični reakciji in ne na osnovi izgorevanja, zato so emisije praktično ničelne, saj stranski produkt predstavljata samo toplota in voda.

H2 O2

½ O2 + 2 H+ + 2 e- → H2O

H2 → 2 H+ + 2 e-

KisikH2 + ½ O2 → H2O

Vodna para

Vodik

I

Slika 16: Princip delovanja gorivne celice (Senegačnik, Vuk, 2007) Gorivne celice se lahko uporabljajo za napajanje veliko različnih stvari, zato se proizvajajo v veliko različnih velikostih. Gorivne celice so uporabne za pogon vozil, napajanje računalnika in celo za napajanje elektrarn. Vozila, ki jih poganjajo gorivne celice predstavljajo zelo mikavno alternativo vozilom na baterijski električni pogon. Velika prednost gorivnih celic je občutno hitrejše polnjenje kot pri baterijah. Poleg tega pa je tudi čas obratovanja in s tem doseg vozila, ob enem polnjenju, dosti večji. Z baterijskimi električnimi vozili imajo to skupno značilnost, da za pogon uporabljajo električno energijo. Različen pa je način proizvajanja in shranjevanja elektrike, saj ta nastaja s pomočjo gorivnih celic, ki delujejo na vodik iz gorivnega rezervoarja. V primerjavi z vozili na notranje izgorevanje pa povzročajo kar od 55 do 99% manj emisij ogljikovega dioksida, odvisno od vira energije. Problemi lahko nastanejo pri shranjevanju in pri dobavi vodika. Vodik se lahko shranjuje v utekočinjeni ali v plinasti obliki. Zaradi izjemno nizkega vrelišča (-



253oC) je potrebno vodik v tekoči obliki shranjevati v zelo nizkih temperaturah, kar pa zahteva tudi odlično toplotno izolacijo. To je seveda tehnološko zelo zahtevno, a se na ta način da doseči za faktor 1,78 višjo energetsko učinkovitost kot pri vodiku v plinastem stanju. V plinasti obliki pa vodik zahteva izjemno visok tlak, največkrat se shranjuje pri tlaku 700 barov. Kot pri večini vozil na alternativne pogone, se tudi pri vozilih na vodik, pojavlja problem nerazvitosti mreže črpalk. Vodik se lahko transportira po plinovodih ali v cisternah, če je v tekoči obliki. Oba načina za dobavo vodika sta že v uporabi, a služita predvsem za dobavo v industrijske namene. Samo polnjenje rezervoarja vozila na vodik poteka podobno kot pri dolivanju bencina oziroma dizla in zahteva približno enako časa. Malce bolj zakomplicirana je povezava med polnilno pištolo in dotočno cevjo rezervoarja, saj mora zagotoviti tesnjenje ob visokih tlakih (vodik v plinasti obliki) oziroma nizkih temperaturah (vodik v tekoči obliki) (Senegačnik, Vuk, 2007).

Vodik je najpogostejši element v vesolju in je zelo razširjen tudi na Zemlji (približno 1 masni % oz. 16 atomskih %) (Lazarini,Brenčič, Krnel 1984). Potrebno pa je omeniti, da je na Zemlji razen v vrhnjih plasteh atmosfere (višina nad 100 km) prisoten le v obliki spojin in ga v elementarnem stanju praktično ni najti. Danes se vodik uporablja največ za sintezo amonijaka, pa tudi za sintezo metanola in vodikovega klorida ter za hidrogeniranje maščob in rafinacijo kovin. Industrijsko se vodik pridobiva danes največ iz zemeljskega plina, katerega glavna sestavina je metan, ki reagira z vodno paro (Oxtoby, Kusaka, 1999). Obstaja več načinov pridobivanja vodika, od katerih jih večina zajema razcep vode na vodik in kisik. Najpogostejša načina sta elektroliza vode in uparjanje ter predelava naravnega plina. Pri elektrolizi se izkorišča električna energija, ki razcepi molekule vode na vodik in kisik. Tak način je okolju zelo prijazen, še predvsem, če električna energija, ki je potrebna za razcep, pride iz obnovljivih virov energije. Pri drugem načinu pridobivanja vodika pa gre za obdelavo izparjenega naravnega plina in za ekstrakcijo vodika. Možna je tudi uporaba drugih surovin, poleg naravnega plina,kot sta premog in biomasa. Ta dva elementa se prav tako da upariti in kasneje izločiti vodik. Med druge metode pridobivanja vodika spadajo:

- parna elektroliza (namesto elektrike za razcep potrebuje toploto) - termo-kemični razcep vode (za razcep vode izkorišča kemikalije in toploto) - foto-elektro-kemični sistem (za razcep vode so potrebni polprevodni

materiali in sončna svetloba) - foto-biološki sistem (mikro organizmi in sončna svetloba razcepita vodo) - biološki sistem (mikrobi razcepijo biomaso na vodik in druge elemente) - termalni razcep (s temperaturo okoli 1000oC razcepi molekulo vode) - uplinjanje (z visoko temperature se razcepi biomaso ali oglje v plin, iz

katerega se da dobiti vodik) Med novejše načine za pridobivanje vodika pa spada solarni reaktor, ki izkorišča sončno svetlobo, cinkov oksid in vodo. Reaktor sestavlja valjasta posoda v kateri se nahaja voda, ki jo sonce segreje na 1650oC. Cinkov oksid se nato doda v segreto vodo in se pretvori v cinkovo paro, ki ob reakciji z vodo izloči vodik. Kljub veliko različnim metodam pridobivanja vodika je proizvodnja še vedno premajhna, da bi lahko vodik uporabljali kot glavno pogonsko gorivo. Največji problem predstavlja visoka cena pridobivanja vodika in uvedba tehnologij za masovno proizvodnjo. Trenutna infrastruktura nudi dovolj možnosti za prihod vozil



na vodik na trg, a za masovno proizvodnjo bi bilo potrebno naredite še kar nekaj korakov. Za pridobivanje vodika je v veliki meri potrebna elektrika, to pa bi lahko povzročilo, da bi bil vodik dražji od goriv kot sta bencin in dizel (Gorivne celice: energija prihodnosti). Ne glede na to, ali vodik poganja motor z notranjim izgorevanjem ali pa gorivne celice, je manjše obremenjevanje okolja glavni razlog za izbiro vodika kot gorivo. Kot produkt izgorevanja v obeh primerih nastaja vodna para, brez neposrednih škodljivih emisij. Pri uporabi vodika v motorjih z notranjim zgorevanjem ob vodni pari, ki nastane zaradi visokih temperatur v morju, nastanejo tudi manjše količine dušikovih oksidov. Kot pri konvencionalnih motorjih pa bi bilo mogoče te količine katalitično obdelati. Vozila na vodikov pogon v zrak ne spuščajo nič ogljikovega monoksida in ogljikovodikov, tako da v tem pogledu ustrezajo konceptu vozil z ničelno emisijo (ZEV-zero emission vehicle). Seveda je zelo pomembno, da ta vozila ne bi povzročala emisij ogljikovega dioksida, ki pa lahko nastanejo pri pridobivanju vodika. V primeru, da poteka pridobivanje vodika iz metana oziroma vodnega plina, je ogljikov dioksid stranski produkt. Če pa pridobivanje vodika poteka z elektrolizo vode in je zato potrebna elektrika, ki izvira iz termoelektrarn, pa je to v nasprotju z glavnim namenov uporabe vodika za pogon vozil, ki je seveda zmanjšati emisije ogljikovega dioksida in učinka tople grede. V primeru, da je uporabljena elektrika iz hidroelektrarn, alternativnih virov in tudi jedrske elektrarne (ne povzroča emisij toplogrednih plinov), pa je iz ekološkega vidika lahko vodik najčistejše gorivo. Tudi v primeru izlitja vodika pri transportu je vodik zelo ekološko gorivo, saj bi le ta izparel ali pa se spremenil v vodo. Z uporabo vozil na vodik pa bi naredili tudi velik korak k odpravi smoga, ki predstavlja velik problem v večjih mestih (Senegačnik, Vuk, 2007).

2.4.2 VOZILA NA STISNJEN ZEMELJSKI PLIN (CNG) Zemeljski plin, ki sestoji iz 99% metana, postaja vse pogostejše gorivo za pogon cestnega in tudi ladijskega prometa. Ob njegovem izgorevanju se sprošča veliko več energije in manj škodljivih izpustov, kot pri drugih gorivih. Lahko se uporablja v kombinaciji z bencinskimi in dizelskimi motorji, ter tako nudi odlično rešitev za zmanjšanje obremenjevanja okolja s toplogrednimi plini in trdnimi delci. Zemeljski plin se za pogon vozil lahko uporablja tako v plinastem (CNG), kot v tekočem stanju (LNG). V plinastem stanju je zemeljski plin stisnjen pod tlakom 200 ali več barov, uporablja pa se predvsem za pogon osebnih vozil, lažjih dostavnih vozil in avtobusov. Vozila na CNG in bencinski pogon so lahko sestavljena tovarniško, kar pomeni, da jih ni nujno predelati iz običajnih motorjev na notranje izgorevanje. Prvo serijsko osebno vozilo na stisnjen zemeljski plin je na evropski trg prišlo že leta 1994, odtlej pa število takih vozil vztrajno narašča. Rast vozil s CNG pogonom in CNG polnilnic je prikazana v tabeli 2. Leta 2012 je bilo v Evropi približno 2 milijon osebnih vozil s pogonom na CNG. V Nemčiji je bilo leta 2012 že več kot 900 polnilnih postaj, nemška agencija za energijo DENA pa napoveduje, da bo do leta 2020 na nemških cestah že več kot 1,4 milijone vozil na CNG (CNG brošura).



Tabela 2: Rast števila CNG polnilnic in vozil na CNG v Nemčiji od leta 1998 do 2012 (Vir: nemška agencija za energijo DENA (Deutsche Energie Agentur, www.dena.de)) Zemeljski plin nastaja na podoben način kot nafta in sicer iz odmrlih mikroorganizmov, alg in planktona, ki so se usedli na morsko dno, čez njih pa so se nasule neprepustne plasti materiala. Za proces razpadanja odmrlih živali in rastlin so potrebni visoki pritiski in temperature ter več milijoni let. Rezultat vse teh procesov je nastanek ogljikovodikov v trdnem agregatnem stanju (premog), tekočem agregatnem stanju (nafta) in plinastem agregatnem stanju (zemeljski plin). Zemeljski je lociran globoko v zemeljski skorji (do 6000m), pod visokim pritiskom (300 barov) in visoko temperaturo (več kot 180oC) (Medved, Arkar, 2009). Vozila s pogonom na zemeljski plin serijski izdelujejo proizvajalci avtomobilov in jih prodajajo s polnim jamstvom, kar predstavlja veliko prednost pred LPG pogonom, ki je pogosteje vgrajen naknadno. Proizvodnja obsega vse od majhnih osebnih vozil do večjih tovornih vozil. CNG vozila pa se delijo na monovalentna in bivalentna. Monovalentna vozila uporabljajo CNG kot primarno gorivo, zato je bencinski rezervoar manjši in ima prostornino okoli 15 litrov. Bivalentna vozila pa omogočajo izbiro med pogonom na zemeljski plin in bencinom ter nudijo večji bencinski rezervoar. Večino tovarniško izdelanih vozil uvrščamo med bivalentna. Taka vozila nudijo skupen domet med 800 in 1100 kilometrov, zemeljski plin od tega prispeva od 300 do 450 kilometrov. Monovalentna vozila pa imajo povprečen domet okoli 600 kilometrov, odvisno od prostornine CNG rezervoarjev. Rezervoar je pri tovarniško proizvedenih vozilih največkrat lociran v spodnjem delu prtljažnika ter pod zadnjo klopjo (CNG brošura).

http://www.dena.de)/



Kar zadeva varnosti, so vse komponente v skladu s standardi kakovosti in varnosti. Plinske komponente so testirane v ekstremnih pogojih in so dimenzionirane z visokim varnostnim faktorjem. Tovarniško izdelani sistemi so opremljeni z dodatnimi varnostnimi komponentami, ki še dodatno povečujejo zanesljivost in varnost CNG vozila. V primeru požara so se CNG vozila izkazala varnejša kot bencinski in dizelski avtomobili. Če se tlak v posodi hitro poveča, pa naj bo to zaradi požara ali trka, se sprosti varnostni ventil, ki odvečni CNG sprosti v okolico. Zemeljski plin je lažji od zraka, zato izhlapeva hitreje od ostalih tekočih goriv in tako zmanjša možnost eksplozije (Humar 2007). Polnjenje vozil na CNG lahko poteka na javnih ali zasebnih polnilnicah. Polnilnice so lahko v Slow-fill ali Fast –fill izvedbi. Fast-fill polnilnice so pogostejše in za polnjenje vzamejo vsega nekaj minut. V Slow-fill polnilnicah polnjenje vozila traja od 15 minut pa vse do 5 ur. Take polnilnice so primerne predvsem za polnjenje službenega voznega parka, kjer v določenem časovnem obdobju dneva vozila niso v uporabi. Tak sistem nudi polnjenje enega ali več vozil hkrati in nudi enostavno in povsem varno rokovanje. Priključek za polnjenje plina se največkrat nahaja ob odprtini za polnjenje bencina oziroma dizla. Na priključek se s spojko namesti polnilno cev in nato pritisne na tipko start fill. Če je namestitev nepravilna, naprava to zazna in prepreči začetek polnjenja. Ko se rezervoar napolni, se postopek avtomatsko konča (Vozila na metan). Energijska vrednost enega kilograma zemeljskega plina je ekvivalentna 1,3 litra dizla in 1,5 litra bencina, kot to prikazuje tabela 3. To pomeni, da z uporabo CNG-ja prihranimo do 35% v primerjavi z bencinom in do 25% v primerjavi z dizlom. Moderni CNG avtomobili uporabljajo tehnologije s poudarkom na prednosti plinskih goriv za optimalno delovanje. Rezultat tega se kaže predvsem v manjši porabi goriva in manjšem obremenjevanju okolja (Humar 2007).

Tabela 3: Energijska in cenovna primerjava goriv (Vir: Laboratorij za toplotne batne stroje na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani. V izračunu so upoštevane cene energentov 13. 1. 2013) Pri Mednarodni agenciji za energijo so v poročilu z naslovom »Ali vstopamo v dobo zemeljskega plina?« sklepali, da bodo viri zemeljskega plina, ob proizvodnji leta



2012, zadoščali še za več kot 250 let. Lahko pa upoštevamo tudi razvoj tehnologij za pridobivanje plina in tako še povečanje zalog tega energenta (CNG brošura).

Glavne prednosti CNG goriva se kažejo predvsem v:

- manjši porabi goriva - nizki stroški vzdrževanja in dolga življenjska doba motorja - ne vsebujejo svinca in benzena zato se svečke redko zamašijo - sistemi za dovod goriva so zaprti in tako preprečujejo razlitje ali

izhlapevanje - CNG ne onesnažuje in redči mazalnih olj - v zraku se preprosto in enakomerno meša, saj je zemeljski plin lažji od

zraka - zelo majhna verjetnost samovžiga, saj se ta zgodi šele pri 540oC - manjše obremenjevanje okolja (manj izpustov ogljikovega dioksida,

ogljikovega monoksida, dušikovih oksidov, žveplovega dioksida in trdnih delcev, kot pri izgorevanju bencina in dizla)

- dobre vozne lastnosti (pospeški, dinamika vožnje) - visoki varnostni standardi - nizka raven hrupa med vožnjo - omogoča parkiranje tudi v garažnih hišah (za LPG je to prepovedano)

Slabosti CNG pogona pa so: - majhno število črpalk - zemeljski plin ni obnovljiv vir energije - ponudba vozil je omejena - rezervoar največkrat zasede prostor za rezervno kolo - draga predelava starega vozila - dražja cena novih vozil

2.4.3 VOZILA NA UTEKOČINJEN NAFTNI PLIN (LPG) Utekočinjen naftni plin je s kratico največkrat poimenovan LPG (Liquefied Petroleum Gas) ali po slovensko UNP (utekočinjen naftni plin). Prvič se je LPG za pogon motornega vozila uporabil že leta 1913. Plin je zelene barve in je zmes butana ter propana, pridobljen z destilacijo zemeljskega plina ali pri predelavi surove nafte. Pri normalnih pogojih je plin brez okusa in vonja. Je nestrupen in gorljiv, v določenem razmerju z zrakom pa tudi eksploziven. Od naravnega plina se razlikuje tudi po tem, da je težji od zraka, kar predstavlja večjo nevarnost v primeru razlitja. Transport in shranjevanje LPG-ja poteka dokaj enostavno, saj se plin utekočini že pri relativno nizki temperaturi. Pri izgorevanju plina pa nastajajo samo toplota, CO2 in vodna para. Z uporabo LPG-ja se tako skoraj povsem izognemo emisijam žveplovega dioksida, zmanjšajo pa se tudi ostale emisije. Emisije ogljikovega dioksida so tako manjše za približno 15%, dušikovega oksida za 34%, ogljikovega monoksida za 50-60% in smoga za 30-40% (http://www.g-1.si/lpg). LPG pogon je priljubljen predvsem zaradi stroškovne in ekološke vrednosti, zato se njegova uporaba vztrajno dviguje. Njegova uporaba je tudi v Sloveniji razmeroma razširjena, saj ga ponuja 56 Petrolovih bencinskih črpalk. Po podatkih Petrola naj bi bilo v Sloveniji vsako leto 1.500 vozil na LPG več (Pavšič, 2010).

http://www.g-1.si/lpg




Tako kot vozila na CNG, tudi vozila s pogonom na LPG, proizvajajo priznani proizvajalci avtomobilov z možnostjo uporabe tako bencina kot plina. Pogosta pa je tudi predelava predvsem bencinskih vozil na LPG gorivo. Avtoplin se kot pogonsko gorivo v Sloveniji uporablja le pri okoli dveh odstotkih voznega parka, se pravi pri nekje 20.000 vozilih. A ker se vsako leto v Sloveniji predela okrog 2000 vozil, poraba avtoplina vseskozi raste, v zadnjih treh letih je na primer na Petrolu rasla v povprečju za več kot 11%. Zato pričakujemo, da bomo v naslednjih petih letih dosegli okoli 5% voznega parka (Terzič, 2016). Porast vozil na LPG dokazuje tudi podatek, da je v Sloveniji že 109 plinskih črpalk (plinske-crpalke.si). Razlog za večje število LPG črpalk je tudi to, da so cenejše in naložbeno manj zahtevne kot CNG črpalke.

Slika 17: Namestitev LPG rezervoarja na mestu rezervnega kolesa (Spletni vir 15) Ovir za predelavo avtomobila na pogon na plin dandanes praktično ni več – po besedah Jurija Koprivnika, iz podjetja Plineks, je mogoča pri večini bencinskih in tudi dizelskih motorjev. Predelava pa se seveda bolj splača pri bencinskih motorjih, saj lahko plin skoraj v celoti nadomesti bencin, medtem ko pri dizelskih v povprečju nadomesti le med 25 in 40% dizelskega goriva. Strošek predelave bencinskega motorja se v povprečju povrne po 20.000 do 30.000 kilometrih (Terzič, 2016). Sama predelava ne predstavlja ogromnega stroška, saj je mogoča že za 720 evrov, seveda pa je odvisna od motorja in izvajalca. Najcenejša je predelava za štirivaljni bencinski motor z večtočkovnim vbrizgom. Strokovno predelano vozilo pa ni nič majn varno, saj so komponente plinskega sistema zasnovane tako, da do eksplozije ne more priti. Poleg možnosti naknadne vgradnje, pa je v Sloveniji možno kupiti že kar nekaj vozil različnih znamk, ki imajo pogon na LPG vgrajen tovarniško. Pri tem prednjači Opel, ki se lahko pohvali s celovito paleto modelov s pogonom na LPG (Adam, Corsa, Astra, Meriva, Insignia, Zafira). Tovarniški modeli s pogonom na LPG so se začeli pri nas uveljavljati pred približno tremi leti in pol, zanimanje za njih pa raste. Na začetku prodaje je bil njihov delež slab odstotek, leto kasneje pa je predstavljal že več kot 4% vseh prodanih vozil. Pri Oplu se letno sedaj proda okoli 200 vozil na LPG, načrtujejo pa vedno večjo prodajo, saj je doplačilo med 600 in 1000 evri, kar je konkurenčno naknadni vgradnji LPG pogona (Terzič, 2016).



Glavne prednosti uporaba utekočinjenega naftnega plina so:

daljša življenjska doba motorja in katalizatorja

cenejša vožnja (plin je ugodnejši od bencina in dizla)

dovolj razvita infrastruktura

čistejše izgorevanje (zmanjšana korozija motorja)

čistejše izgorevanje kot pri bencinskih in dizelskih motorjih (manj emisij)

velik domet vozila (ob kombiniranem pogonu)

enostavno preklapljanje med bencinskim in plinskim pogonom

kratek rok povrnitve stroškov predelave

tišje delovanje motorja

garancija pri predelavi vozila (pri nekaterih predelovalcih)

subvencije za predelavo Slabosti uporabe utekočinjenega naftnega plina pa so:

zmanjšanje prtljažnega prostora (največkrat zavzame prostor za rezervno kolo)

LPG je še vedno neobnovljiv vir energije

dodatna investicija za predelavo vozila

prepoved parkiranja v podzemnih garažah

dodatno servisiranje na 20.000 km

problemi pri dolivanju goriva (traja dalj časa, nekatera vozila imajo priključek za plin na neugodnem mestu)



3. OBSOTJEČE STANJE Podjetje Geosfera d.o.o. izvaja operativna dela na področju geodezije. Rezultati teh del so izdelani elaborati, različni načrti in meritvena poročila na posameznih področjih. Veliko dela se opravi na terenu, zato se preko leta nabere visoko število kilometrov. Da bi še naprej omogočali zadovoljstvo strank, je potrebno imeti vozila, ki so zanesljiva in nudijo dobro razmerje med ekonomsko in ekološko platjo. Ker je obremenjevanje okolja vse večja težava celotnega prebivalstva na planetu, je pomembno, da tudi manjša podjetja in posamezniki strmijo k uporabi čistejše energije. Po podatkih agencije RS za okolje je bila januarja 2016 mejna dnevna koncentracija delcev PM10 50 μg/m3 prekoračena na vseh mestnih merilnih mestih od 4-krat pa vse do 23-krat. Najmanjkrat je bila prekoračena v Velenju, največkrat pa v Zagorju in v Ljubljani. Onesnaženost zraka z žveplovim dioksidom, ozonom, ogljikovim monoksidom in benzenom je bila nizka, in nikjer ni presegla dovoljenih mej. Konec leta 2009 je bilo v Sloveniji registriranih 1.058.858 osebnih vozil, od tega jih večino ali 713.028 poganja bencin, 344.176 jih ima dizelski pogonski agregat, 1.596 pa ima homologirano plinsko napravo, 58 vozil pa poganja elektrika ali neka druga vrsta goriva. Predelava osebnih vozil na avtoplin (LPG) oziroma metan (CNG), predstavlja eno izmed možnosti za zmanjšanje emisij TGP. V primeru uporabe avtoplina se emisije CO v primerjavi z uporabo bencina zmanjšajo do 30%, emisije CO2 do 20 %, emisije NOx pa za okoli 30 %.Dizelski motor proizvede kar 20 krat več dušikovih oksidov in kar 120 krat več emisij drobnih delcev, kot primerljiv motor na avtoplin, ob uporabi avtoplina pa nastanejo zanemarljive emisije HC. Na drugi strani velja metan za najbolj čisto fosilno gorivo, kar pomeni da njegovo zgorevanje povzroča najmanj škodljivih emisij. Emisije CO se zmanjšajo do 90%, motor na metan proizvede do 60% manj CO2 in do 90% manj NOx, kot bi ga ob uporabi bencina, v primerjavi z primerljivim dizelskim agregatom pa se emisije NOx zmanjšajo do 50%, občutno pa se zmanjšajo škodljive emisije drobnih delcev in sicer do 90% (ekolpg). V letu 2015 so bila za vožnjo po terenu uporabljena 3 osebna vozila, s katerimi je bilo skupno prevoženih 24.247 kilometrov. Uporabljena vozila so bila Mitsubishi Pajero 2.5 TDI (2006), Opel Astra 1.7 TDI (2002) in Hyundai Accent 1.5 TDI (2007). Največ kilometrov je bilo prevoženih z vozilom Mitsubishi Pajero, in sicer 11.487, sledila je Opel Astra z 9.230 prevoženimi kilometri, vozilo Hyundai Accent pa je za službene potrebe prevozilo 3.530 kilometrov. Vozilo Mitsubishi Pajero, ki ga poganja 2.5 litrski dizelski motor z 85 kW (116 KM), ima povprečno porabo 9,1 L/100 km, povprečni izpust CO2 emisij pa znaša 244 gramov na kilometer. Opel Astro poganja 1.7 litrski dizelski motor, ki proizvede 55 kW (75 KM). Povprečna poraba Astre znaša 5,2 L/100 km, povprečni izpust CO2 emisij pa 130 gramov na kilometer. Hyundai Accent poganja 1.5 CRDi motor z 81 kW (110 KM). Povprečna poraba Accenta znaša 5,1 L/100 km, povprečni izpust CO2 emisij pa 151 gramov na kilometer. Stroški in pa emisije CO2 so nazorneje prikazani v tabeli 4.



Pri izračunih so uporabljene cene dizelskega goriva, plina in elektrike na dan 10.5.2016. Cena dizelskega goriva je na ta dan znašala 1,079 €/L, cena LPG plina 0.555 €/L, cena CNG plina 0.920 €/kg in cena elektrike (pocenielektrika.si) 0,06099 €/KWh.

Tabela 4: Sedanje stanje v podjetju (Vir: lasten) Skupno so tako v letu 2015 za gorivo porabili 1.840 €, emisije CO2 pa so znašale 4560,47 kg.

VOZILO PREVOŽENI KILOMETRI

POVPREČNA PORABA (L/100 km)

STROŠKI PREVOZA (€)

EMISIJE CO2

(g/km) EMISIJE CO2

(skupaj v kg)

Mitsubishi Pajero

11.487 9,1 1.127 244 2802,83

Opel Astra

9.230 5,2 517 130 1199,9

Hyundai Accent

3.530 5,1 194 158 557,74

Vsote: 24.247 1.840 4560,47



4. PRENOVA OBSOTJEČEGA STANJA

4.1 VOZILA NA LPG Predelava vozila na LPG postaja vedno pogostejša odločitev ljudi, ki na leto prevozijo večje število kilometrov. Strošek vgradnje plina se morda na prvi pogled zdi velik, a se dolgoročno gledano obrestuje. Povpraševanje smo poslali na stran plinske-crpalke.si in dobili odgovor, da bi stala predelava dizelskega vozila približno 1.600 €. Predelava bi povečala tudi moč motorja, domet vozila, zmanjšala porabo in emisije ter podaljšala življenjsko dobo motorja. Poraba goriva bi se v tem primeru zmanjšala za okoli 20%. Emisije CO2 pa bi se zmanjšale za približno 85%, trdih delcev pa je manj za 80-90%. Natančnejši izračun stroškov in emisij CO2 je prikazan v tabeli 5. V Sloveniji je trenutno že preko 110 plinskih črpalk, tako da polnjenje vozil nebi predstavljalo nobene ovire.

Tabela 5: Stanje v primeru predelave vozil na LPG (Vir: lasten) V enem letu bi tako znižali stroške goriva za 368 € in zmanjšali emisije CO2 za 3.876,4 kg (85%). Stroški predelave bi se tako vrnili v 13. letih. Iz ekološkega vidika bi bila tako predelava na LPG zelo priporočljiva, iz finančnega pač ne, saj bi bila amortizacijska doba predolga.



CENA PREDELAVE (€)


EMISIJE CO2

(g/km) EMISIJE CO2

(skupaj v kg)

Mitsubishi Pajero

11.487 7,28 1.600 902,32 36,6 420,42

Opel Astra

9.230 4,16 1.600 414,30 19,5 179,99

Hyundai Accent

3.530 4,08 1.600 155,40 23,7 83,66

Vsote: 24.247 4.800 1.472,02 684,07



4.2 VOZILA NA CNG Predelava vozila na CNG bi znašala približno 1.800 € pri podjetju G-1, kamor smo poslali povpraševanje. Glede na to, da gre za predelavo dizelskih motorjev, so predelavo iz finančnega vidika odsvetovali, saj bi bila amortizacijska doba predolga. Poraba goriva bi se v tem primeru zmanjšala za okoli 15-20% (za računanje smo uporabili srednjo vrednost 17,5%). Iz ekološkega vidika pa je predelava dizlov več kot dobrodošla, saj se emisije CO2 zmanjšajo za približno 90%, trdih delcev pa je manj za 80-95%. Poleg tega pa se zmanjšajo tudi emisije ogljikovega monoksida (CO), dušikovih oksidov (NOx) in nezgorelih ogljikovodikov (CH) (Sigas). Natančnejši izračun stroškov in emisij CO2 je prikazan v tabeli 6. Kljub majhnemu številu CNG polnilnic v Sloveniji, polnjenje nebi predstavljalo nobene ovire, saj je najbližja polnilnica oddaljena le 100 metrov od sedeža podjetja.

Tabela 6: Stanje v primeru predelave vozil na CNG (Vir: lasten) V enem letu bi tako znižali stroške goriva za 322 € in zmanjšali emisije CO2 za 4.104,42 kg (90%). Stroški predelave bi se tako vrnili v 16,8 letih. Iz ekološkega vidika bi bila tako predelava na CNG zelo priporočljiva, iz finančnega pač ne, saj bi bila amortizacijska doba še daljša kot pri predelavi na LPG.



CENA PREDELAVE(€)


EMISIJE CO2

(g/km) EMISIJE CO2

(skupaj v kg)

Mitsubishi Pajero

11.487 7,51 1.800 930,52 24,4 280,28

Opel Astra

9.230 4,29 1.800 427,25 13 119,99

Hyundai Accent

3.530 4,21 1.800 160,26 15,8 55,77

Vsote: 24.247 5.400 1.518,02 456,05



4.3 VOZILA NA ELEKTRIČNI POGON V primeru, da bi se podjetje odločilo za vozila na električni pogon, bi bil najbolj ekonomičen nakup rabljenih vozil. Vozila bi poleg električnega pogona morala imeti tudi dovolj prostora za vsa potrebna orodja, ki morajo biti prisotna na vsakem terenu. V takem primeru bi lahko sedanja vozila nadomestila vozila Renault Fluence Z.E. (2012) s 25.000 prevoženimi kilometri, katerega cena je 12.400€, Renault Fluence Z.E. (2012) s 17.000 prevoženimi kilometri, katerega cena je 12.900€ in Renault Kangoo Maxi Z.E. (2012) s 38.300 prevoženimi kilometri, katerega cena je 14.850€ (avto.net). Vozilo Fluence Z.E. ima do 185 km dometa, Renault Kangoo Maxi Z.E. pa do 160 km (Renaultova električna pri nas poleti 2012), kar je za dnevne potrebe dovolj. Polnjenje vozil bi potekalo preko noči, saj je za 100% polno baterijo potrebnih od 6 do 8 ur polnjenja, ki lahko poteka s pomočjo hišne vtičnice (16A, 220V). Za 100% polno 22 kWh baterijo pri vozili Kangoo Maxi Z.E. bi porabili 1,8€. Za polno 22 kWh baterijo vozila Fluence Z.E., s povprečno porabo 119 Wh/km (New electric cars), pa bi porabili 1,9€. Poleg izredno nizkih stroškov vožnje, pa vozila ustrezata tudi standardu Renault Zero Emissions (ničelne emisije). Natančnejši izračun stroškov in emisij CO2 je prikazan v tabeli 7.

Tabela 7: Stanje v primeru zamenjave vozil z vozili na električni pogon (Vir: lasten) V enem letu bi tako znižali stroške goriva za 1.586,7€ in zmanjšali emisije CO2 ter druge emisije za 100%. Stroški predelave bi se tako vrnili v 25,3 letih. Iz ekološkega vidika bi bila tako zamenjava vozil z vozili na električni pogon najprimernejša izbira, iz finančnega pač ne, saj bi bila amortizacijska doba v tem primeru najdaljša.

VOZILO CENA VOZILA (€)

PREVOŽENI KILOMETRI

POVPREČNA PORABA (€/100 km)


EMISIJE CO2

(g/km) EMISIJE CO2

(skupaj)

Renault Fluence Z.E.

12.400 11.487 1,03 118,32 0 0

Renault Fluence Z.E.

12.900 9.230 1,03 95,07 0 0

Renault Kangoo Maxi Z.E.

14.850 3.530 1,13 39,89 0 0

Vsote: 40.150 24.247 253,27 0



5. ZAKLJUČKI

5.1 PREDLOG REŠITVE Kot vse kaže bo počasi potrebno preklopiti na nek nov vir energije, ki bo omogočal pogon osebnih vozil, moral pa bo biti dovolj priročen in cenovno ugoden. Kljub temu, da smo ljudje že dodobra navajeni na motor na notranje izgorevanje, se zaloge fosilnih goriv manjšajo, njihova raba pa postaja vse dražja. Vsak pogon ima svoje prednosti in slabosti. Pri vseh pogonih pa je potrebno gledati tudi na njihov vir, saj veliko elektrike in vodika pridobim z uporabo fosilnih goriv. Iz ekološkega vidika je najboljša rešitev električni pogon, pod pogojem, da je elektrika pridobljena na obnovljiv vir energije. Tu pa je seveda problem v ceni avtomobila in njegovem dometu, saj si nihče ne želi obtičati na cesti s prazno baterijo. Predelava vozil na plin (LPG ali CNG) je zagotovo ekonomsko dobrodošla pri bencinskih motorjih, za dizelske motorje pa se ne splača, saj je sama predelava dražja, poraba vozila pa se zmanjša za okoli 15-20%, kar je zelo malo (v primerjavi z bencinskimi motorji 40-50%). Iz ekološkega vidika bi bila predelava dizelskih vozil na plin odlična rešitev, saj zmanjša emisije za približno 80-90%. Na žalost pa ljudje gledamo večinoma samo na ekonomične dejavnike pri vožnji in manj na ekološke. Ta pogled bi se morda spremenil z povečanjem davka za motorna vozila (DMV) za vozila, ki povzročajo večje emisije CO2 in trdnih delcev. Še kar nekaj časa pa lahko pričakujemo, da bo veliko večino vozil še vedno poganjal motor na notranje izgorevanje, saj so relativno poceni, infrastruktura pa jim je že dodobra prilagojena. Na srečo pa vedno več proizvajalcev vozil posveča veliko pozornosti manjši porabi in zmanjšanju emisij, saj je to želja kupcev vozil, novi zakoni o obremenjevanju okolja pa omejujejo izpuste CO2 (130 g/km).

5.2 ZAKLJUČEK Iz diplomske naloge smo ugotovili, da so alternativni pogoni za osebna vozila vsekakor prijaznejši do okolja, vprašljiva pa je njihova cena in uporabnost. Glede na to, da smo v kriznih časih, veliko ljudi pri nakupu vozila gleda predvsem na ceno, ki pa je prav gotovo privlačnejša pri vozilu s klasičnem motorjem na notranje izgorevanje. Ugotovili smo, da uporabnosti vozila na alternativni pogon, za uporabnika še ni povsem prilagojena, saj še vedno prevladujejo vozila na fosilna goriva, katerim je prilagojena tudi infrastruktura. Tudi pridobivanje energije za pogon vozil bo potrebno prilagoditi, saj še vedno veliko elektrike in vodika pridobimo s pomočjo uporabe fosilnih goriv. Da pa lahko govorimo o res čisti uporabi osebnih vozil, pa je potrebno, da energija porabljena za pogon vozila, nastane z uporabo alternativnih virov.



V diplomskem delu so opisani nekateri alternativni pogoni za osebna vozila, ki bi lahko nadomestila dizelska vozila v podjetju Geosfera d.o.o.. Glede na to, da gre za manjše podjetje, bi bila investicija v ekološko čistejša vozila trenutno še prevelika. Za podjetja in fizične osebe, ki pa uporabljajo vozila na bencinski pogon in prevozijo več kilometrov, pa bi bila tako iz finančnega, kot iz okoljskega vidika predelava na plin zelo dobrodošla. Električni motorji kažejo svoje prednosti predvsem v mestnih središčih, kjer motor na notranje izgorevanje porabi največ goriva in v okolje izpusti največ emisij. Da pa bi električna vozila res predstavljala ekološko čisto rešitev, pa je potrebno spremeniti pridobivanje elektrike, saj je še vedno največ pridobimo z uporabo fosilnih goriv. Poleg visoke cene električnih vozil, pa za uporabnike predstavlja problem tudi majhen domet in dolgo polnjenje. S povečano uporabo alternativnih virov lahko dlje časa ohranimo zaloge nafte, ki se z dneva v dan manjšajo, življenja brez fosilnih goriv, pa si večina ljudi še vedno ne more predstavljati. Proizvajalci osebnih vozil se tega zavedajo, zato intenzivno iščejo in izdelujejo pogone za osebna vozila, ki imajo neomejen vir in so prijaznejša do okolja. Vrsta alternativnega pogona, ki pa je preverjena, varna in uporabna, pa je trenutno za povprečnega zemljana še predraga. Vsa goriva imajo svoje prednosti in slabosti, poleg tega pa je potrebna sprememba v razmišljanju ljudi, saj nas večina gleda predvsem na ceno in uporabnost vozila, premalo pa na ekološko čistost. Predvsem zaradi finančnih ovir pričakujemo, da bodo še nekaj časa večino cestnega prometa predstavljala vozila z motorjem na notranje izgorevanje.



VIRI:

- Graham I., (2000), Energija prihodnosti, tehniška založba Slovenije

- Medved S., Arkar C. (2009), Energija in okolje: obnovljivi viri energije, Zdravstvena fakulteta, Ljubljana

- Pavšič G., 15.10.2010, Kdaj stisnjen zemeljski plin tudi v Sloveniji?

(Članek)

- Kusaka I., Oxtoby D. W. (1990), Journal of Chemical Physics, Vol. 110 (Članek)

- Terzič M., 19.3.2016, Plin kot pogonsko gorivo, Dnevnik, stran 25 (Članek)

- Senegačnik M., Vuk D., 24. - 26. marec 2010, Električni avtomobili in njihova množična uporaba, Portorož, Slovenija

- Senegačnik M., Vuk D., 28. - 30. marec 2007, Vodik kot možno gorivo prihodnost, Portorož, Slovenija

Spletni viri: - Miklič J. (7.2.2014), Ogljikov monoksid in motorji z notranjim

izgorevanjem; Pridobljeno 12.3.2016 na http://www.grc-nm.si/index.php?option=com_content&view=article&id=93:ogljikov-monoksid-in-motorji-z-notranjim-izgorevanjem&catid=22&Itemid=101

- Bizjan A., Kern V. (4.1.2010), Prihodnost motorja z notranjim zgorevanjem; Pridobljeno 12.3.2016 na http://www.avto-magazin.si/novice/prihodnost-motorja-z-notranjim-zgorevanjem/

- Pavšič G. (9.8.2013),120 let dizelskega motorja: njegov delež stalno raste

tudi v Sloveniji; Pridobljeno 12.3.2016 na http://www.siol.net/avtomoto/novice/120-let-dizelskega-motorja-njegov-delez-stalno-raste-tudi-v-sloveniji-109763

- Energetika in motorji (2014); Pridobljeno 13.3.2016 na http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:3RJoiGeAdCsJ:www.os-sl mesto.si/moodle/pluginfile.php/2202/course/section/430/ENERGETIKA_IN_MOTORJI-2014-b.ppt+&cd=7&hl=sl&ct=clnk&gl=si

- LPG –utekočinjen naftni plin; Pridobljeno 14.3.2016 na http://www.g-1.si/lpg

- Vozila na stisnjen zemeljski plin (CNG), CNG brošura; Pridobljeno

17.3.2016 na http://www.zemeljskiplin.si/upload/File/CNG%20brosura_170x250mm_za%20splet_small.pdf

http://www.avto-magazin.si/novice/prihodnost-motorja-z-notranjim-zgorevanjem/

http://www.avto-magazin.si/novice/prihodnost-motorja-z-notranjim-zgorevanjem/

http://www.siol.net/avtomoto/novice/120-let-dizelskega-motorja-njegov-delez-stalno-raste-tudi-v-sloveniji-109763

http://www.siol.net/avtomoto/novice/120-let-dizelskega-motorja-njegov-delez-stalno-raste-tudi-v-sloveniji-109763

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:3RJoiGeAdCsJ:www.os-sl%20mesto.si/moodle/pluginfile.php/2202/course/section/430/ENERGETIKA_IN_MOTORJI-2014-b.ppt+&cd=7&hl=sl&ct=clnk&gl=si








- Vozila na metan; Pridobljeno 17.3.2016 na http://www.metan.si/index.php?id=34

- Jazbec S., Gorivne celice: energija prihodnosti; Pridobljeno 17.3.2016 na

http://www.fmf.unilj.si/~stepisnik/sola/energvir/Seminarji08_09/Gorivne%20celice.pdf

- Novi okolju prijazni zgibni avtobusi na metan (04.07.2014); Pridobljeno

17.3.2016 na http://www.lpp.si/aktualno/novi-okolju-prijazni-zgibni-avtobusi-na-metan

- Humar P. (2.8.2007), Testi in tehnika: Avtoplin; Pridobljeno 18.3.2016 na http://www.avto-magazin.si/nasveti/test-in-tehnika-avtoplin/

- Seznam plinskih črpalk; Pridobljeno 22.3.2016 na http://www.plinske-

crpalke.si/seznam

- Bollen, J. Gielen A., Timmer H., Compliance with the Kyoto Protocol; Pridobljeno 22.3.2016 na https://www.oecd.org/dev/1923199.pdf

- Izračun prihranka (dizelski/plinski pogon); Pridobljeno 28.4.2016 na

http://www.avto-plin.eu/Izra%C4%8Dun

- Poceni elektrika; Pridobljeno 2.5.2016 na http://www.pocenielektrika.si/za-dom/cene-in-tarife/cenik

- Electric car; Pridobljeno 12.5.2016 na

https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_car#Chargin/

- Prebil G., (3.11.2011), Renaultova električna pri nas poleti 2012; Pridobljeno 12.5.2016 na http://www.zurnal24.si/renaultova-elektricna-pri-nas-poleti-2012-clanek-139313

- Emisije izpušnih plinov; Pridobljeno 21.5.2016 na

http://www.ekolpg.si/sl/plin/emisije-izpusnih-plinov.html

- SIGAS Zakaj avtoplin?; Pridobljeno 21.5.2016 na http://www.sigas.si/predelava

- Avto.net – rabljena vozila; Pridobljeno 22.5.2016 na http://www.avto.net/

- New electric cars; Pridobljeno 22.5.2016 na https://newelectriccars.wordpress.com/electric-concept-cars-2/renault-fluence-ze/

http://www.sigas.si/predelava



PRILOGE: -Excelova tabela za računanje prihrankov in zmanjšanje emisij





KAZALO SLIK: -Slika 1: Delovanje motorja na notranje izgorevanje (Spletni vir 1: https://www.google.si/search?biw=1680&bih=949&tbm=isch&q=motorji+z+notranjim+izgorevanjem+animacije&revid=1879747095&sa=X&ved=0ahUKEwiWsYmasMjLAhXsa5oKHS3IDrAQ1QIIGQ#imgrc=p4X5jaG1cOmOVM%3A dostopno: 3.3.2016)…………………………………………………………………………………………………………………4

-Slika 2: Delovanje štiritaktnega Ottovega motorja (Spletni vir 2: https://www.google.si/search?q=Slika+2:+Delovanje+%C5%A1tiritaktnega+Ottovega+motorja&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjR3Je3r8jLAhWqZpoKHZ_XCKwQ_AUIBygB&biw=1680&bih=949#tbm=isch&q=%C5%A1tiritaktni+Ottov+motor+working&imgrc=_ixFVVnq8gARkM%3A dostopno: 3.3.2016)………………………..5 -Slika 3: Površinski kop v Rusiji (Spletni vir 3: https://www.google.si/search?q=Delovanje+geotermalne+elektrarne&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwj0uZbYrMjLAhUmZ3IKHVLDDzcQ_AUIBygB#tbm=isch&q=povr%C5%A1inski+kop+v+rusiji&imgrc=--ZduacmGoAa-M%3A dostopno:4.3.2016)………………………………………………………………………………………………7 -Slika 4: Pridobivanje nafte in plina na površju Spletni vir 4: https://www.google.si/search?q=pridobivanje+nafte+in+plina&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwjHz4Lm_rKAhVr_nIKHRwZAZQQsAQIMw&biw=1680&bih=949#imgrc=EKfafvAeGTQi8M%3A dostopno: 5.3.2016…………………………8

-Slika 5: Petronius naftna ploščad v Mehiškem zalivu (Spletni vir 5: https://www.google.si/search?q=petronius+platform&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiplLzxo_rKAhVjMZoKHWkHDLEQ_AUIBigB#imgrc=Q3vWpfNDC7tsJM%3A dostopno: 5.3.2016)……………….……………………………………..9 -Slika 6: Rafinerija nafte Sisak (Spletni vir 6: https://www.google.si/search?q=rafinerija+nafte+sisak&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiKsejeqvrKAhVkJnIKHRUfAZ8Q_AUIBigB#imgrc=GExqLj0KVmUYDM%3A dostopno: 5.3.2016)……………….………………………………10 -Slika 7: Nastanek kislega dežja (Spletni vir 7: https://www.google.si/search?q=kisel+de%C5%BE&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi18c6A0PzKAhUDLZoKHTWgAP8Q_AUIBygB&biw=1680&bih=949#imgrc=NX8cZbTsGvSGAM%3A dostopno: 7.3.2016………………………………………………………..11

https://www.google.si/search?biw=1680&bih=949&tbm=isch&q=motorji+z+notranjim+izgorevanjem+animacije&revid=1879747095&sa=X&ved=0ahUKEwiWsYmasMjLAhXsa5oKHS3IDrAQ1QIIGQ#imgrc=p4X5jaG1cOmOVM%3A



https://www.google.si/search?q=Slika+2:+Delovanje+%C5%A1tiritaktnega+Ottovega+motorja&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjR3Je3r8jLAhWqZpoKHZ_XCKwQ_AUIBygB&biw=1680&bih=949#tbm=isch&q=%C5%A1tiritaktni+Ottov+motor+working&imgrc=_ixFVVnq8gARkM%3A




https://www.google.si/search?q=Delovanje+geotermalne+elektrarne&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwj0uZbYrMjLAhUmZ3IKHVLDDzcQ_AUIBygB#tbm=isch&q=povr%C5%A1inski+kop+v+rusiji&imgrc=--ZduacmGoAa-M%3A




https://www.google.si/search?q=pridobivanje+nafte+in+plina&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwjHz4Lm_rKAhVr_nIKHRwZAZQQsAQIMw&biw=1680&bih=949#imgrc=EKfafvAeGTQi8M%3A



https://www.google.si/search?q=petronius+platform&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiplLzxo_rKAhVjMZoKHWkHDLEQ_AUIBigB#imgrc=Q3vWpfNDC7tsJM%3A



https://www.google.si/search?q=rafinerija+nafte+sisak&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiKsejeqvrKAhVkJnIKHRUfAZ8Q_AUIBigB#imgrc=GExqLj0KVmUYDM%3A



https://www.google.si/search?q=kisel+de%C5%BE&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi18c6A0PzKAhUDLZoKHTWgAP8Q_AUIBygB&biw=1680&bih=949#imgrc=NX8cZbTsGvSGAM%3A





-Slika 8: Smog v Šanghaju (Spletni vir 8: https://www.google.si/search?q=smog&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwjnw9aD0PzKAhUFJJoKHaeCAqMQsAQIHQ&biw=1680&bih=949#imgrc=MsCahWDxcci4fM%3A dostopno: 7.3.2016)………………………………………………………………………12 -Slika 9: Različni tipi vozil, ki jih poganja elektromotor (M. Senegačnik, D. Vuk, 2010)………………………………………………………………………………………………………………………..13 -Slika 10: Shema plinsko-parne termoelektrarne (Spletni vir 9: https://www.google.si/search?q=shema+parne+termoelektrarne&sa=X&biw=1680&bih=949&tbm=isch&tbo=u&source=univ&ved=0ahUKEwjxxZHVtZ3LAhULjXIKHVSRDeUQsAQIGQ#tbm=isch&q=+parna+termoelektrarna&imgrc=oyLiY11T8t3vzM%3A dostopno: 9.3.2016)…………………………………………………………………………………………………16 -Slika 11: Delovanje HE (Spletni vir 10: https://www.google.si/search?q=delovanje+hidroelektrarne&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwiu_LX9k6DLAhULAxoKHdh-CWIQ_AUIBigB#imgrc=RCHr71eJe7SC8M%3A dostopno: 11.3.2016)………………….……17 -Slika 12: Delovanje JE (Spletni vir 11: https://www.google.si/search?q=delovanje+hidroelektrarne&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwiu_LX9k6DLAhULAxoKHdh-CWIQ_AUIBigB#tbm=isch&q=shema+jedrske+elektrarne&imgrc=RLpZTIeEjFUXJM%3A dostopno: 13.3.2016)……………………………………………………………………………………………18 -Slika 13: Delovanje sončne celice (Spletni vir 12: https://www.google.si/search?q=delovanje+son%C4%8Dnih+celic&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiAlpipsaLLAhXGDpoKHeShDEkQ_AUIBygB&biw=1680&bih=949#imgrc=Uk_BL1Zec2W3WM%3A dostopno: 13.3.2016)…………………….……………19 -Slika 14: Delovanje vetrnice (Spletni vir 13: https://www.google.si/search?q=vetrne+elektrarne&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwj0ifGOy6LLAhUJ4XIKHX7wAfUQ_AUIBygB&biw=1680&bih=905#tbm=isch&q=delovanje+vetrne+elektrarne&imgrc=UNmXDjXeQYayjM%3A dostopno: 14.3.2016)……………………………………………………………………………………………………………….20 -Slika 15: Delovanje geotermalne elektrarne (Spletni vir 14: http://www.esvet.si/drugi-viri-energije/geotermalna-energija dostopno: 14.3.2016)………………………………………………………………………………………………………………. 21 -Slika 16: Princip delovanja gorivne celice (Senegačnik, Vuk, 2007)……………………24

https://www.google.si/search?q=smog&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwjnw9aD0PzKAhUFJJoKHaeCAqMQsAQIHQ&biw=1680&bih=949#imgrc=MsCahWDxcci4fM%3A



https://www.google.si/search?q=shema+parne+termoelektrarne&sa=X&biw=1680&bih=949&tbm=isch&tbo=u&source=univ&ved=0ahUKEwjxxZHVtZ3LAhULjXIKHVSRDeUQsAQIGQ#tbm=isch&q=+parna+termoelektrarna&imgrc=oyLiY11T8t3vzM%3A



https://www.google.si/search?q=delovanje+hidroelektrarne&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwiu_LX9k6DLAhULAxoKHdh-CWIQ_AUIBigB#imgrc=RCHr71eJe7SC8M%3A



https://www.google.si/search?q=delovanje+hidroelektrarne&biw=1680&bih=949&source=lnms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwiu_LX9k6DLAhULAxoKHdh-CWIQ_AUIBigB#tbm=isch&q=shema+jedrske+elektrarne&imgrc=RLpZTIeEjFUXJM%3A




https://www.google.si/search?q=delovanje+son%C4%8Dnih+celic&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiAlpipsaLLAhXGDpoKHeShDEkQ_AUIBygB&biw=1680&bih=949#imgrc=Uk_BL1Zec2W3WM%3A



https://www.google.si/search?q=vetrne+elektrarne&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwj0ifGOy6LLAhUJ4XIKHX7wAfUQ_AUIBygB&biw=1680&bih=905#tbm=isch&q=delovanje+vetrne+elektrarne&imgrc=UNmXDjXeQYayjM%3A



http://www.esvet.si/drugi-viri-energije/geotermalna-energija



-Slika 17: Namestitev LPG rezervoarja na mestu rezervnega kolesa (Spletni vir 15: http://www.avto.info/f/pics/Obvestila/04_Opel-Astra-LPG-274020_b.jpg dostopno: 22.3.2016) ………………………….………………………………………………………………30

KAZALO TABEL: -Tabela 1: Prispevki posameznih sektorjev k pojavu tople grede v Sloveniji za leto 2004 (Mekinda Majaron, 2006)…………………………….………………………………………………….11 -Tabela 2: Rast števila CNG polnilnic in vozil na CNG v Nemčiji od leta 1998 do 2012 (Vir: nemška agencija za energijo DENA (Deutsche Energie Agentur, www.dena.de)) ………………………….……………………………………………………………………….…27

-Tabela 3: Energijska in cenovna primerjava goriv (Vir: Laboratorij za toplotne batne stroje na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani. V izračunu so upoštevane cene energentov 13. 1. 2013)………………………………………………………………28 -Tabela 4: Sedanje stanje v podjetju (Vir: lasten)…………………………………………………33 -Tabela 5: Stanje v primeru predelave vozil na LPG (Vir: lasten)…………………………34 -Tabela 6: Stanje v primeru predelave vozil na CNG (Vir: lasten)………………………..35 -Tabela 7: Stanje v primeru zamenjave vozil z vozili na električni pogon (Vir: lasten)……………………………………………………………………………………………………………………..36

http://www.avto.info/f/pics/Obvestila/04_Opel-Astra-LPG-274020_b.jpg

http://www.dena.de)/

Documents

VOZILA NA ELEKTRIČNI IN PLINSKI POGON V PODJETJU GEOSFERA … · Geosfera je geodetsko podjetje, ki veliko svojega dela opravi na terenu, zato potrebujejo zanesljiva, varčna in