SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI
SEMINARSKI RAD ALTERNATIVNA GORIVA
Studenti: Cavrić Kristina Dragšić Martina Kljajić Veronika Merkl Sandra
Zagreb, studeni 2007. SADRŽAJ str. SADRŽAJ....................................... SADRŽAJ.............................................................. .............................................. .............................................. ............................................1. .....................1. POPIS ILUSTRACIJA..................................... ILUSTRACIJA............................................................ .............................................. .............................................. .........................2. ..2. 1. UVOD......................................... UVOD................................................................ .............................................. .............................................. .............................................3. ......................3. 2. ALTERNATIVNA GORIVA....................................... GORIVA.............................................................. .............................................. ................................4. .........4. 2.1. Vodik...................................... Vodik............................................................. .............................................. .............................................. .............................................. ........................5. .5. 2.1.1. Gorive ćelije..................................... ćelije............................................................ .............................................. .............................................. ........................5. .5. 2.1.2. Izrada gorive ćelije................................... ćelije.......................................................... .............................................. .......................................6. ................6. 2.1.3. Podjela gorive ćelije..................................... ćelije............................................................. ............................................... ..................................6. ...........6. 2.1.4. Električna energija iz vodika................................... vodika.......................................................... .............................................. ........................7. .7. 2.1.5. Vodik u Hrvatskoj................................... Hrvatskoj.......................................................... .............................................. ........................................8. .................8. 2.1.6. Vodik u svijetu.................................... svijetu........................................................... .............................................. ............................................9 .....................9.. 2.2. Biodizel................................. Biodizel........................................................ .............................................. .............................................. .............................................. .......................10. 10. 2.2.1. Biodizel u Hrvatskoj................................. Hrvatskoj........................................................ .............................................. ....................................11. .............11. 2.2.2. Biodizel u svijetu...................................... svijetu............................................................. .............................................. ....................................12. .............12. 2.3. Sunčeva energija................................. energija........................................................ .............................................. .............................................. ................................13. .........13. 2.3.1. Sunčeva energija u Hrvatskoj.................................... Hrvatskoj........................................................... ..........................................16 ...................16.. 2.3.2. Sunčeva energija u svijetu...................................... svijetu............................................................. .............................................. .......................17. 17. 2.4. Plinovita goriva....................................... goriva.............................................................. .............................................. .............................................. ............................18. .....18. 2.4.1. Prirodna plinovita goriva…………….................................. goriva……………......................................................... ...............................18. ........18. 2.4.1.1. Prirodni plin.......................................... plin................................................................. .............................................. ........................18. .18. 2.4.1.2. Sintetički plin....................................... plin............................................................... ............................................... ........................19. .19. 2.4.1.3. Bioplin..................................... Bioplin............................................................ .............................................. .....................................19. ..............19. 2.4.1.4. Zemni plin........................................ plin............................................................... .............................................. ............................19. .....19. 2.4.1.5. Prirodna plinovita goriva u svijetu..................................................... svijetu......................................................20. .20. 2.4.1.6. Prirodna plinovita goriva u Hrvatskoj................................................ Hrvatskoj.................................................21. .21. 2.4.2. Umjetna plinovita goriva……………................................... goriva…………….......................................................... ..............................21. .......21. 2.4.2.1. Pogonski plin........................................... plin.................................................................. ............................................2 .....................21. 1. 2.4.2.2. Generatorski plin....................................... plin.............................................................. ..........................................22 ...................22.. 2.4.2.3. Ukapljeni plin.......................................... plin................................................................. ............................................2 .....................23. 3. 2.4.2.4. Autoplin u Hrvatskoj................................. Hrvatskoj........................................................ ..........................................23 ...................23.. 2.4.3. Plinovita goriva u svijetu..................................... svijetu............................................................ .............................................. .........................25. ..25. 2.5. Alkoholna goriva.................................... goriva........................................................... .............................................. .............................................. .............................26. ......26. 2.5.1. Etanol…………….................................... Etanol……………........................................................... .............................................. ....................................26. .............26. 2.5.1.1. Etanol u svijetu.................................... svijetu........................................................... .............................................. .........................27. ..27. 2.5.1.1. Etanol u Hrvatskoj.................................. Hrvatskoj......................................................... .............................................2 ......................27. 7. 2.5.1. Metanol……………............. Metanol…………….................................... .............................................. .............................................. .................................28. ..........28. 2.6. Potrebita infrastruktura za distribuciju alternativnih goriva.................................... goriva.............................................29. .........29. 3. ZAKLJUČAK.................................... ZAKLJUČAK........................................................... .............................................. .............................................. ...................................31. ............31. 4. LITERATURA.................................. LITERATURA......................................................... .............................................. .............................................. ...................................32. ............32.
2
POPIS ILUSTRACIJA str. goriva............................................................. .............................................. ..........................4. ...4. Slika 1: Vozila na alternativna goriva...................................... ćelije.......................................................... .............................................. ........................................6. .................6. Slika 2: Struktura gorive ćelije...................................
Slika 3: Dobivanje električne energije iz vodika………………………………..…...….........7. vodik............................................................ .............................................. .........................................9. ..................9. Slika 4: Automobil na vodik..................................... crpka......................................................... .............................................. .............................................. .......................11. 11. Slika 5: Biodizelska crpka.................................. energije.....................................................................1 .....................14. 4. Slika 6: Karta svjetskih izvora sunčeve energije................................................ energija........................................................ ..............................15. .......15. Slika 7: Automobil kojeg pokreće sunčeva energija.................................
Slika 8: Potrošnja autoplina.............................. autoplina..................................................... .............................................. .............................................. ........................24. .24. Slika 9: Hrvatska prirodna bogatstva.............................. bogatstva..................................................... .............................................. .................................24. ..........24. okoliš............................................................ .............................................. .........................28. ..28. Slika 10: Etanol, proizvodnja i okoliš..................................... biodizelom..............................................................29. ..............29. Slika 11: Prva benzinska postaja u RH s biodizelom................................................ biodizel....................................................... .............................................. ..............................30. .......30. Slika 12: Autobusi ZET-a na biodizel................................
3
1. UVOD
Doba širokog industrijskog razvoja društva, s naglim razvojem tehnike i tehnologije, predstavlja razdoblje kada počinje masovna eksploatacija prirodnih resurasa, što ima posljedicu narušavanja kvalitete međusobnog odnosa čovjek – okoliš. Sve prisutniji trend globalnog zagrijavanja planeta u posljednje vrijeme u fokus stavlja emisiju plinova koji doprinose efektu staklenika, prije svega CO 2. Upotreba alternativnih goriva predstavlja jedan od realno mogućih načina za smanjenje štetne emisije ispušnih plinova. Pored toga, primjena alternativnih goriva vodi ka smanjenju ovisnosti o konvencionalnim pogonskim gorivima, dobivenim iz nafte, čije su rezerve ograničene. Što se tiče alternativnih goriva u ulozi pogonske energije, postoji čitav spektar mogućnosti. Spomenut ćemo samo neka od najpoznatijih alternativnih goriva koja su u primjeni i koja imaju potencijal da dijelom pokrivaju potrebe prometa i time sudjeluju u stvaranju uvjeta za djelomičnu ili potpunu neovisnost o nafti: prirodni plin, ukapljeni prirodni plin, propan, gorivni članci i vodik (često zvan gorivom budućnosti), i tzv. «čista» biogoriva: biodizel, etanol, metanol (dobiven iz biomase).
4
2. ALTERNATIVNA GORIVA Alternativna goriva su goriva koja su alternativa uobičajnim gorivima. Kod automobila, u alternativa goriva se ubrajaju praktično sva goriva za automobilske motore osim motornih benzina i dizel goriva. Povećani zahtjevi zaštite okoliša i sve veće ekološko opterećenje u urbanim sredinama početkom 90 - ih godina ponovo aktualiziraju korištenje alternativnih goriva za pogon osobnih vozila. Vrlo izražena zabrinutost za energetske potencijale na zemlji, ponajprije za naftu, osnovni energetski izvor za vozila, inicirala je brojna istraživanja o mogućnostima novih oblika energije (električne, alkohol (metanol i etanol), bioplin, prirodni plin, vodik i dr.). Međutim, s obzirom na brojne ne riješene tehničko - tehnološke probleme, ta se vozila još ne primjenjuju u većoj mjeri, ali daljim razvojem tehnologije i ti će se problemi riješti. Prema procjenama, smatra se da bi do godina 2010. udio osobnih vozila s alternativnim gorivima mogao na tržištu dostići udio i do 60%. Alternativna goriva dijele se na : 1. Vodik – gorive ćelije 2. Biodizel 3. Sunčeva energija 4. Plinovita goriva (prirodna i umjetna) 5. Alkoholna goriva (etanol i metanol)
5
Slika1.: Vozila na alternativna goriva ( http://images.motortrend.com/features/consumer/112_0)
2.1. VODIK Vodik (H2, eng. hydrogen, njem. Wasserstoff) najčešći je element u Svemiru i jedan od najčešćih na Zemlji. Ipak, na Zemlji se gotovo isključivo nalazi u vezanom obliku, odnosno u raznim kemijskim spojevima. Vodik je nosilac energije koji se može stvarati iz više različitih primarnih izvora, od vode (i slatke i slane) do fosilnih goriva. Naravno, za taj proces također je potrebna energija, a nju će trebati dobaviti iz tzv. Regenerativnih izvora. Pod tim imenom krije se spektar izvora, od biomase, hidroenergije, energije vjetra do solarno-termalnih elektrana. Jednako je širok i spektar tehnologija za dobivanje vodika iz primarnih izvora: velikih centara (rafinerija), manjih decentraliziranih postrojenja, do toga da se proizvodi na mjestu punjenja. Danas se vodik najviše upotrebljava u proizvodnji amonijaka, pročišćavanju nafte i proizvodnji metanola. Također se rabi kao gorivo za svemirske letjelice i u gorivnim ćelijama koje astronaute opskrbljuju toplinom, električnom energijom i pitkom vodom.
2.1.1. GORIVE ĆELIJE Gorive ćelije ili gorivi članci (eng. fuel cells, njem. Brennstoffzellen) su elektrokemijski pretvarači energije koji iz kemijske energije goriva izravno, bez pokretnih dijelova i izgaranja, proizvode električnu (i toplinsku) energiju. Sam naziv 'gorive' pri tome pomalo zavarava jer u
6
njima ništa ne gori. Po svome su načelu rada gorive ćelije slične baterijama, ali za razliku od njih, gorive ćelije zahtijevaju stalan dovod goriva i kisika. Gorivo može biti vodik, sintetski plin (smjesa vodika i ugljičnog dioksida), prirodni plin ili metanol. Produkti njihove reakcije s kisikom su voda, električna struja i toplina, pri čemu je cijeli proces, zapravo, suprotan procesu elektrolize vode. Gorivna ćelija je uređaj koji izravno pretvara kemijsku u električnu energiju. Možemo je zamisliti kao bateriju koja se stalno nadopunjuje novim "gorivom" (vodikom i kisikom) tako da nikad ne "gubi" naboj. Gorive ćelije mogu služiti kao izvor topline i električne energije u zgradama, te kao izvor električne energije za vozila. Automobilske kompanije razvijaju vozila s gorivim ćelijama. U takvom vozilu goriva ćelija pretvara kemijsku energiju vodika (uskladištenog u vozilu) i kisik iz zraka u električnu energiju koja pogoni električni motor.
2.1.2. IZRADA GORIVE ĆELIJE
Slika 2.: Struktura gorive ćelije ( www.toyota.hr/innovation/technology/engines/fuel_cell.aspx) Postoji nekoliko vrsta gorivih ćelija, ali one koje se primjenjuju u automobilskoj industriji se temelje na gorivoj ćeliji s elektrolitom polimera. Ona ima membranu elektrolita polimera s ugrađenim elektrodama na obje strane. Sklop membrana-elektroda nalazi se između separatora koji služe kao prolaz za vodik i kisik. Jedna takva ćelija proizvodi električnu energiju snage manje od 1 volt, zato su stotine ćelija serijski spojene za veći napon. Takav niz serijski spojenih ćelija naziva se sklop ćelija goriva i na to ljudi misle kada govore o gorivim ćelijama.
7
2.1.3. PODJELA GORIVIH ĆELIJA 1. Prema načinu rada gorive ćelije možemo podijeliti na: •
•
primarne sekundarne
2. Prema vrsti elektrolita •
Gorive ćelije s alkalnim elektrolitom
•
Gorive ćelije sa sumpornom kiselinom (PAFC)
•
Gorive ćelije s polimernom membranom kao elektrolitom (PEMFC)
•
Gorive ćelije s rastaljenim karbonatima kao elektrolitom (MCFC)
•
Gorive ćelije s čvrstim oksidima kao elektrolitom (SOFC)
2.1.4. ELEKTRIČNA ENERGIJA IZ VODIKA – KAKO TO RADI?
Slika 3.: Dobivanje električne energije iz vodika ( www.toyota.hr/innovation/technology/) Gorive ćelije proizvode električnu energiju putem kemijske reakcije između vodika i kisika (iz zraka). Vodik se dovodi do negativne elektrode gorive ćelije, gdje katalizator odvaja elektrone iz atoma vodika. Elektroni putuju od negativne do pozitivne elektrode gorive ćelije i tako stvaraju električnu energiju. U međuvremenu, atomi vodika koji su ostali bez elektrona postaju ioni vodika i putuju kroz membranu elektrolita polimera kako bi došli na pozitivnu stranu. Tamo se, uz pomoć katalizatora na pozitivnoj elektrodi, ioni vodika i elektroni spajaju s kisikom iz vode. Prednosti vodika kao alternativnog goriva jesu:
8
visoka energetska vrijednost
obnovljive i neograničene količine dostupne u spojevima
u reakciji s kisikom ne proizvodi štetne tvari, jer je produkt izgaranja voda
neotrovan je i ne zagađuje okoliš
cjevovodima se može razvoditi na daljinu
lakše skladištenje i čuvanje u odnosu na električnu energiju
Nedostatci vodika kao alternativnog goriva jesu:
proizvodnja i dobivanje vodika
transport i skladištenje
sigurnost (osobito u prometu)
trenutno preskupo za šire tržište
postaje tekući tek na temperaturi od –253 C°
Vodik je gorivo visoke ogrjevne moći s bitnom povoljnošću u odnosu na fosilna goriva: njegovim izgaranjem ne onečišćuje se okoliš - jedini nusproizvod izgaranja čista je voda. U budućnosti bi se stoga vodik trebao u većim količinama od današnjih upotrebljavati za pogon vozila i zrakoplova, kao i opskrbu energijom domova i ureda. Krajem devedesetih ubrzao se razvoj automobila na vodikom i to s motorima s unutrašnjim izgaranjem i gorivim ćelijama. Motori s unutrašnjim izgaranjem na vodik su u uznapredovaloj fazi razvoja, tj. postojeći motori koji koriste plin mogu se relativno jednostavno preraditi na vodik. Naime, stanice za točenje vodika moraju biti bez ljudi u potpunosti automatizirane, što znači da je potrebno izgraditi potpuno novi sistem stanica, odvojen od postojećih. Vodik je dugoročno rješenje za probleme vezane uz energetiku i ekologiju. Ipak, ako se ne počne danas, vodik će uvijek ostati dugoročno rješenje. Stoga je vrijeme za djelovanje upravo sada.
2.1.5. VODIK U HRVATSKOJ Hrvatska naftna kompanija INA potpisala je ugovor s talijanskom tvrtkom Technip KTI za izgradnju postrojenja za proizvodnju vodika u Rafineriji nafte Rijeka. Planiran rok izgradnje rafinerije je dvije godine, a radovi će vrijediti 81,2 milijuna eura, navodi se u priopćenju objavljenom na Zagrebačkoj burzi. Izgradnja postrojenja za proizvodnju vodika dio je 9
modernizacije i unapređenja tehnološkog procesa rafinerije u Rijeci. Izgradnji postrojenja za proizvodnju vodika prethodit će postrojenje za izdvajanje sumpora te postrojenje za hidrokreking/hidrodesulfurizaciju uz što će se, također, izgraditi pomoćne jedinice nužne za rad cijelog postrojenja. Projekt - Osnivanje i opremanje laboratorija za vodikove energetske tehnologije Voditelj projekta je prof. dr. Frano Barbir, a početak projekta je 25. svibnja 2007. Ovim projektom predlaže se osnivanje i opremanje laboratorija za vodikove energetske tehnologije pri Fakultetu elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu. Laboratorij bi se bavio tehnologijama vodika, prvenstveno razvojem, testiranjem i primjenom gorivnih ćelija, i njihovom spregom sa obnovljivim izvorima energije i drugim uređajima za racionalno korištenje energije. Dalmatinska regija i Hrvatska bi koristeći svoje komparativne prednosti mogli postati poligon za demonstraciju i ranu primjenu vodikovih energetskih tehnologija.
2.1.6. VODIK U SVIJETU Tranzicija prema vodikovom energetskom gospodarstvu već je započela. U SAD-u je Ministarstvo energetike (USDoE) započelo s programom ‘Vodik, gorive ćelije i infrastrukturne tehnologije’, a Europska komisija objavila je dokument pod nazivom ‘Vodikova energetika i gorivne ćelije - vizija naše budućnosti’. U europskim je zemljama u razvoj vodikovih energetskih tehnologija i rješenja na institucionalnoj razini do sada uloženo 275 milijuna eura, dok su privatna ulaganja iznosila barem tri puta više. Uz to, u narednom se razdoblju očekuje značajno povećanje ulaganja, a treba naglasiti da su u području energetike vodik i gorivne ćelije na prvom mjestu. Međunarodno partnerstvo za vodikovo energetsko gospodarstvo (IPHE) u kojem sudjeluju Australija, Brazil, Kanada, Kina, Europska unija, Francuska, Indija, Island, Italija, Japan, Koreja, Novi Zeland, Norveška, Njemačka, Rusija, SAD i Velika Britanija objavilo je Atlas vodikovih demonstracijskih projekata. Prva potpuno automatizirana stanica za punjenje vodika na svijetu otvorena je u svibnju 1999. u Münchenskoj zračnoj luci.
10
Slika 4.: Automobili na vodik ( www.fer.hr/_download/repository/FUEL_CELL_ivan_cvrk.ppt)
2.2. BIODIZEL Biodizel je motorno gorivo koje se dobiva iz repičinog ulja ili drugih biljnih ulja esterifikacijom s metanolom. Ima svojstva jednaka onima koja ima klasični dizel dobiven iz mineralnih ulja, a koristi se kao zamjena mineralnog dizela ili u određenoj smjesi s njim. Današnji sve zahtjevniji ekološki standardi, kao i obveze smanjivanja emisije stakleničkih plinova daju snažan poticaj njegovoj proizvodnji i korištenju u europski državama. Biodizelsko gorivo predstavlja neotrovno, biorazgradivo gorivo koje bi trebalo nadomjestiti mineralno gorivo, a proizvodi se iz biljnih ulja, životinjske masti, kao i recikliranog ulja skupljenog u domaćinstvu, pečenjarnicama i sl.. Danas je najzastupljenija proizvodnja biodizelskoga goriva iz ulja uljane repice, poznato pod nazivom metil ester repičinog ulja (MERU). Prednosti primjene biodizelskoga goriva očituju se u (International Energy Agency IAE, 1996.): - korištenju obnovljivih izvora energije, - zaštiti okoliša, - iskorištenju viškova iz poljoprivredne proizvodnje, - interesu za znanost,
11
- političkim razlozima, - državnom interesu, - smanjenju nezaposlenosti i - mogućnosti smanjenja uvoza nafte. Negtivni učinci prilikom proizvodnje biodizela su: - krčenje šuma, - opasnost od smanjenja biodiverziteta, - zagađenja zemlje i vode nitratima, fosfatima i pesticidima mnogo su kompleksniji te takoder imaju globalni utjecaj na ekosustav. Najznačajnija prednost biodizela je smanjenje emisije stakleničkih plinova, a uz ukupnu bilancu CO2, pri proizvodnji biodizela može se usporediti ukupna količina emisije stakleničkih plinova i štetnih tvari za klasično dizel gorivo i biodizel. Neke od slabosti biodizela su ograničena ponuda vozila OEM za B30-B100 i premalo postaja.
Slika 5.: Biodizelska crpka ( http://www.biodizel.hr/pdf/sazetak.pdf )
2.2.1. BIODIZEL U RH Republika Hrvatska je 2000. godine pokrenula pripreme za realizaciju proizvodnje biodizelskog goriva pošto ima identičnu situaciju kao i EZ osamdesetih godina, odnosno ima dvopolje, suvišak pšenice (izuzev 2003. godine), te svega 5% od ukupne seljačke populacije proizvodi uljanu repicu.
12
Hrvatska se tako u odnosu prema tadašnjoj EZ nalazi u vremenskom pomaku od petnaestak godina. Za osiguranje sirovine za kapacitet od 60.000 tona biodizela godišnje, treba zasijati uljanu repicu na površini od 60.000 – 70.000 ha. Tržište metilnog estera repičinog ulja u Hrvatskoj prije svega je u potrošnji u gorivaškim rafinerijama u Rijeci i Sisku, u količini do 45.000 tona godišnje kao dodatak mineralnom dizelskom gorivu prema EN590. Potrošnja 100%-tnog biodizela moguća je kod specijalnih potrošača, kao npr. gradski prijevoz u Zagrebu, transporti u nacionalnim parkovima i sl., te se procjenjuje na iznos do 5.000 tona godišnje.
2.2.2. BIODIZEL U SVIJETU Biodizel je u Europskoj uniji postao široko primjenjivano gorivo, prije svega zbog činjenice da je EU naložio zamjenu nafte u određenim iznosima i rokovima: oko 6% do 2010. i 20% do 2020. godine. EBB – European Biodiesel Bord je neprofitna organizacija osnovana 1997. god. Koja promovira biodizel u EU i povezuje glavne proizvođače, predlaže ekonomska, politička, pravna, tehnička rješenja postojećih problema U EU proizvodnja 2004. iznosila je oko 2 milijuna tona biodizela s povećanjem od 35% u odnosu na 2003. Glavni proizvođači su: Njemačka, Francuska i Italija.
COUNTRY Germany France Italy Austria Spain Denmark**
000 TONNES* 1035 348 320 57 13 70 13
United Kingdom Sweden Czech Republic** Slovakia Lithuania TOTAL
9 1.4 60 15 5 1933.4
U svijetu biodizel se proizvodi u značajnim količinama u SAD-u, Kanadi, Brazilu.
2.3. SUNČEVA ENERGIJA Energija Sunca je temelj života na Zemlji i stalan pratioc razvoja ljudskog roda. Smatra se da ljudi aktivno koriste energiju Sunca od 7. stoljeća prije nove ere, kad su ju počeli koristiti za potpalu vatre. Sunčeva energija je obnovljiv i neograničen izvor energije od kojeg, izravno ili neizravno, potječe najveći dio drugih izvora energije na Zemlji. Sunce je najisplativiji alternativni izvor energije, a istovremeno i ekološki najbolji. Sunčeva energija je gotovo besplatna, dugoročno gledano sigurna i može biti korištena kao energent koji ne ispušta opasne tvari u atmosferu. Istovremeno sunce nam može isporučiti više energije nego što trebamo jer sunce isijava prema zemlji gotovo 5000 puta više energije nego je nama potrebno tokom cijele godine gledano na svjetskoj razini. Sunčeva svjetlost je izvrstan izvor energije jer osigurava proizvodnju čak 1000 vata po m² za vedrih dana. No korištenje sunčeve energije ima i svojih nedostataka, a to su u prvom redu relativno visoki investicijski troškovi i manja efikasnost pri pretvorbi sunčeve energije u električnu energiju. Jednako tako, zbog prirodne promjenjivosti intenziteta
Sunčevog
zračenja, taj obnovljivi izvor energije općenito radi manji broj sati na punoj snazi. Iako energija sunca ima ogroman potencijal, zbog male iskoristivosti bilo bi potrebno prekriti velike površine da se dobije iole ozbiljnija količina iskoristive energije. Takvo rješenje ekološki je prihvatljivo samo u područjima u kojima nema vegetacije, tj. u pustinjama, a u
14
„zelenim“ područjima to bi stvorilo preveliki negativni učinak na okoliš. Instaliranje sunčevih kolektora ili sunčevih ćelija na krovovima kuća gotova da nema negativnog učinka na okoliš. Pod pojmom iskorištavanja Sunčeve energije u užem se smislu misli samo na njezino neposredno iskorištavanje, u izvornom obliku. Sunčeva se energija pri tome može iskorištavati aktivno ili pasivno. Pasivna primjena Sunčeve energije znači izravno iskorištavanje dozračene Sunčeve topline odgovarajućom izvedbom. Aktivna primjena Sunčeve energije podrazumijeva njezinu izravnu pretvorbu u toplinsku ili električnu energiju. Pri tome se toplinska energija od Sunčeve dobiva pomoću sunčevih kolektora ili sunčevih kuhala, a električna pomoću fotonaponskih (sunčevih) ćelija. Jedna foto-ćelija proizvede ½ volta napona.
Slika 6.: Karta svjetskih izvora sunčeve energije ( http://simple.wikipedia.org/wiki/Solar_energy)
Upotreba sunčeve energije je moguća i u prometu, na primjer kod automobila. Solarni automobili su električna vozila koja pokreće sunčeva energija koja se pretvara u iskoristivu energiju preko solarnih ploča koje se nalaze na površini vozila. Automobili koji rade na sunčevu energiju mogu funkcionirati na određenim udaljenostima bez sunca, ali još ih se ne smatra praktičnima za upotrebu u prometu. Postoje brojne prednosti i nedostaci takvih automobila. Neke od prednosti uključuju baterije, koje su dostupne kod većine automobila, a koje pohranjuju električnu energiju za daljnja 15
korištenja. Još jedna prednost se odnosi na ekonomiju iz razloga što su električni motor i električni generator, u osnovi, isti uređaj. Strujanje energije se pohranjuje u takav uređaj, uzrokujući djelovanje motora, čime stvara mehaničku snagu. Većina dostupnih automobila koje pokreće sunčeva energija ne raspolažu snagom ni brzinom kakvu posjeduju obični automobili i vozila; što je jedan od njihovih nedostataka. Također učestalost korištenja baterije automobila koji koriste sunčevu energiju je određena vremenskim prilikama. Fotonaponske ćelije ne mogu proizvesti dovoljno energije za automobil normale veličine koji bi mogao poslužiti za prijevoz više osoba i dovoljno energije za automobil težine približne današnjim automobilima kako bi se osigurale dobre karakteristike za sigurnu cestovnu vožnju. Zbog oblika i načina izvedbe upravljanje takvim automobilom je teško kontrolirati što se posebice odnosi na zavoje, a zbog materijala koji se koriste sama konstrukcija nije dovoljno čvrsta za osiguravanje sigurnosti vozača.
Slika 7.: Automobil kojeg pokreće sunčeva energija ( http://www.speedace.info/solar_cars.htm) Sunčeva energija je našla svoje mjesto i u zračnom prometu. Prve primjene sunčeve energije u zrakoplovstvu počele su 1974. godine, kada je poletio i prvi zrakoplov nazvan Sunrise. Već šest godina kasnije, 1980. godine poletio je i prvi zrakoplov s ljudskom posadom Solar Challenger, koji je sljedeće godine preletio više stotina kilometara bez spuštanja. Narednih godina razvijeno je još nekoliko tipova letjelica. Najnovija letjelica nazvana Solar impulse trebala bi biti u stanju autonomno poletjeti, dostići visinu od oko dvanaest tisuća metara, te na toj visini letjeti brzinom od oko 100 km/h. To će 16
biti prvi solarni zrakoplov koji će moći letjeti danju i noću, jer bi se u osam sati na suncu akumuliralo dovoljno energije za pogon za šesnaest sati bez sunca. Ako ovaj projekt bude uspješno završen, razvijene tehnologije bi mogle naći primjenu i kod projektiranja suborbitalnih satelita za telekomunikacije ili vojne primjene.
2.3.1. SUNČEVA ENERGIJA U RH Hrvatska uvozi više od 50 posto primarne energije i više od 20 posto električne energije, što bi se dijelom moglo riješiti upotrebom sunčeve, ekološki čiste energije. Za njeno korištenje RH ima neusporedivo bolje preduvjete od mnogih drugih europskih zemalja, ali to ne koristi, jer, među ostalim, nema državnih poticaja za energetsku učinkovitost i korištenje obnovljivih izvora energije, zakona o njima, a nema ni otkupa električne energije dobivene iz takvih izvora, jer ne postoji pravilnik o njihovom korištenju.
Sunčevi kolektori rabe se u Hrvatskoj danas uglavnom u hotelima i induvidualnim zgradama u cilju uštede električne energije ili plina kod pripreme tople vode. Ulaganja je rentabilno ako se uložena sredstva kompenziraju postignutim uštedama u roku 5–7 godina. Primjena sunčevih kolektora kod većih hotela viših kategorija u budućnosti će biti upitna, jer će u takvim hotelima neophodni klima uređaji generirati dovoljno otpadne topline koja će se moći upotrijebiti. Sunčevi kolektori proizvedeni kod nas ni po cijeni niti po učinkovitosti nisu konkurentni s onima proizvedenim u inozemstvu. Sunčani kolektori za grijanje tople vode nisu tako rijetki u Hrvatskoj, za razliku od sunčanih ćelija za proizvodnju električne energije. Rentabilnost primjene sunčeve energije za generiranje većih količina električne energije je upitna. U Hrvatskoj bi zbog velikog udjela 17
indirektnog sunčevog zračenja (oko 40%) u obzir mogla doći jedino primjena sunčeve elektrane fotoelektričnog tipa. S obzirom na stohastički način proizvodnje energije, sunčeva elektrana ne može smanjiti instaliranu snagu postojećih elektrana, te njezina rentabilnost uglavnom dolazi do izražaja u svrhu štednje goriva u termoelektranama. Usprkos nepovoljnim ekonomskim pokazateljima, upotreba sunčeve energije u Hrvatskoj bi se mogla opravdati za snabdjevanje manjih potrošača i izoliranih područja (daleko od električne i plinske mreže) kod kojih konkurentnost cijene proizvedene energije nije od presudne važnosti.
2.3.2. SUNČEVA ENERGIJA U SVIJETU Sunčeva energija, kao izvor obnovljive energije danas je u najvećem porastu, pogotovo u Europi. U Europskoj zajednici se do 2010. treba ugraditi 100 milijuna četvornih metara sunčevih kolektora. Potkraj 2003. EU je imala 14 milijuna četvornih metara sunčevih kolektora. Predvodi Njemačka, slijedi Grčka, pa Austrija. Europski prosjek je 37,3 četvornih metara kolektora na 1000 stanovnika,a tržište sunčevih kolektora raslo je stopom od 13,6 posto u razdoblju od 1990. do 2001. godine.
Što se sunčevih ćelija tiče, u svijetu ih je u 2004. proizvedeno ukupne vršne snage 1146 megavati (MW), što je porast od 54 posto u odnosu na prethodnu godinu. Po proizvodnji prednjači Japan, gdje je proizvedeno 550 MW, zatim Europa sa 299 MW. A u posljednjih pet godina prosječna godišnja stopa rasta svjetske proizvodnje je bila 42 posto. Uzrok takvog porasta proizvodnje je s jedne strane tehnološki napredak u istraživanju materijala, novih koncepta i procesa proizvodnje, a s druge snažna politička podrška izražena kroz poticaje za ugradnju fotonaponskih sustava.
18
Do 2010. godine EU planira ugraditi ukupno 3000 MW sunčevih ćelija, što je povećanje od sto puta u odnosu na 1995. godinu.
2.4. PLINOVITA GORIVA Plinovita goriva upotrebljavaju se sve više u suvremenoj industrijskoj proizvodnji i kao pogonsko gorivo za plinske motore. Prednosti plinovitih goriva u odnosu na čvrsta i tekuća jesu: -
pri izgaranju nema čvrstog ostatka-pepela
-
dobro se miješaju sa zrakom
-
postiže se bolje iskorištenje topline nego kod čvrstih i tekućih goriva
-
plinska ložišta su jednostavna i zauzimaju malo prostora
-
duljina plinskog plamena može se regulirati
-
plinska ložišta su čista
-
rukovanje plinovitim gorivima je lagano
-
izgaraju s malim koeficijentom viška zraka.
Prema podrijetlu mogu se podijeliti na prirodna i umjetna. Prirodna plinovita goriva nastala su od raznih organskih tvari i nalaze se u prirodi na mjestima gdje ima nafte, a to jenajčešće zemni plin. U umjetna plinovita goriva ubrajaju se pogonski plin, gradski ili rasvjetni plin, generatorski plin, vodeni plin i drugi.
19
2.4.1. PRIRODNA PLINOVITA GORIVA 2.4.1.1. PRIRODNI PLIN Prirodni plin je danas najvažnije plinsko gorivo i jedan od najvažnijih energenata uopće. Predstavlja jednu od osnova energetike i cjelokupnog gospodarstva suvremenog svijeta, a prema današnjim procjenama, njegove ukupne svjetske pričuve iznose 133 bilijuna m 3. Nastao je prije više milijuna godina iz taloga mikroorganizama u anaerobnoj atmosferi (bez prisutnosti kisika) i pod visokim tlakovima u dubinama zemlje, iz kojih se dobiva bušenjem na velike dubine (od 3000 do čak 6000 m). Najčešće se pojavljuje uz naftna ležišta, mada postoje i samostalna nalazišta. Tijekom prerade iz njega se izdvajaju propan, butan (od kojih se proizvodi ukapljeni naftni plin) i viši ugljikovodici te njegovu osnovu u uporabnom stanju predstavlja metan. Neotrovan je, bez boje, okusa i mirisa, lakši je od zraka i izgara plavim plamenom. Pri preradi mu se dodaje miris (odorant) kako bi se mogao lako otkriti u slučaju istjecanja, jer tada postoji opasnost od nastanka eksplozivne atmosfere. Od nalazišta do potrošača najčešće se prenosi plinovodima, a posljednjih se nekoliko desetljeća također prijevozi tankerima, u ukapljenom stanju, kao tzv. LNG (eng. Liquified Natural Gas).
2.4.1.2. SINTETIČKI PRIRODNI PLIN Sintetički prirodni plin po svojstvima je vrlo sličan prirodnom plinu. Proizvodi se raznim postupcima iz kamenog ugljena ili lignita, u blizini samih nalazišta odakle se plinovodima dovodi do mjesta potrošnje.
2.4.1.3. BIOPLIN Bioplin se ubraja u tzv. alternativne ili obnovljive izvore energije i tek u posljednjem desetljeću sve više dobija na značaju, a njegova se veća primjena očekuje u bliskoj budućnosti.
20
U bioplinove se ubrajaju deponijski i svi plinovi koji nastaju procesima biološke razgradnje tvari životinjskog i biljnog podrijetla. Tako primjerice u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda nastaje plin s oko 65% volumnog udjela metana, oko 35% ugljičnog dioksida i nešto malo (otrovnog) sumporovodika. Takav se plin u razvijenim zemljama već duže vrijeme koristi, prije svega za potrebe samih postrojenja. Deponijski plin nastaje na smetlištima, zbog čega nerijetko predstavlja opasnost za neposrednu okolicu (mogućnost eksplozije). U najvećem udjelu sastoji se od metana (oko 65%), ugljičnog dioksida (do 35%), a ostatak čine vodena para i drugi, vrlo štetni plinovi sa smetlišta. Klasični bioplin nastaje kontroliranom proizvodnjom iz otpada životinjskog i biljnog podrijetla (npr. izmet, sijeno, lišće itd). Njegova je primjena vrlo česta na malim poljoprivrednim gospodarstvima bogatih i ekološki svjesnih zapadnoeuropskih zemalja.
2.4.1.4. ZEMNI PLIN Zemni plin nalazi se obično na mjestima gdje ima i nafte, na dubinama od 3000 do 5000 m, a ima ga i u većim dubinama. Glavni sastojci zemnog plina su metan, etan, propan, butan i nešto tekućih ugljikovodika, uz nepoželjne sastojke – vodu, sumpor(II)vodik, dušik i ugljik(IV)oksid. Zemni plin s više od 60 g/m 3 tekućih ugljikovodika naziva se vlažni, a onaj s manjim sadržajem suhi. Prije dostavljanja zemnog plina potrošačima on se mora pročistiti od neželjenih sastojaka. Za dehidraciju zemnog plina koriste se četiri metode: kompresija, tretiranje sa supstancijama koje suše (aktivirana glinica i boksit, silikogel, glikoli i dr.), adsorpcija i smrzavanje. Sumpor(II)vodik i drugi S-spojevi nepogodni su u zemnom plinu zbog toga što izazivaju koroziju i onečišćenje zraka proizvodom izgaranja. Zato strogi zakoni o onečišćenju zraka zahtijevaju uklanjanje sumpornih spojeva prije distribuiranja plina. Sumpor(II)vodik i ugljik(IV)oksid uklanjaju se postupcima solventne ekstrakcije i pomoću suhoga čvrstog sloja granuliranog materijala.
21
Vlažni zemni plin rastavlja se na suhi plin (metan-etan), ukapljeni plin (propan-butan) i laki benzin (ugljikovodici s više od četiri ugljikova atoma u molekuli). Zemni plin koristi se za proizvodnju čađe, kao gorivo za loženje kotlovskih postrojenja i industrijskih peći, za rsvjetu, za pogon motora s uutrašnjim izgaranjem, za dobivanje lakog benzina, a u novije doba kao sirovina za dobivanje vodika, metalnog alkohola i drugih kemijskih proizvoda.
2.4.1.5. PRIRODNA PLINOVITA GORIVA U SVIJETU Dokazane pričuve prirodnog plina u svijetu su u stalnom porastu. Od 1986. do 1992. godine porasle su za 35,3% i u 1992. iznosile su 138 300 x 10 9 m3. Njihov vijek trajanja je 64,8 godina. Od svjetskih pričuva, na bivši SSSR otpada 39,8%, Srednji istok 31,0%, Afriku 7,1%, Sjevernu Ameriku 5,4%, OECD (Europu) 5,3%, Latinsku Ameriku 5,4% Aziju i Australiju 6,9% te europske zemlje koje ne pripadaju OECD-u 0,4%. Ako se te vrlo impresivne brojke osvijetle podatkom da potencijalne pričuve iznose oko 190x10 9 m3, a da na bivši SSSR otpada oko 56%, onda je razumljiv interes Europe, i ne samo Zapadne, za korištenje toga golemog energetskog potencijala.
2.4.1.6. PRIRODNA PLINOVITA GORIVA U HRVATSKOJ Najveći izvor plina u republici Hrvatskoj se nalazi u Molvama, malom mjestu u Podravini koje proizvod čak 70% plina za RH. Tamo je i najmoderniji pogon za vađenje, prerađivanje i distribuiranje plina u ovom dijelu Europe.
2.4.2. UMJETNA PLINOVITA GORIVA 2.4.2.1. POGONSKI PLIN
22
Pogonski ili tekući plin je onaj koji pod relativno niskim tlakovima, od 0,8 do 8 bara, i pri temperaturi okoliša prelazi u tekuće stanje. Koristi se kao pogonsko gorivo za motore s unutarnjim izgaranjem. Tekući plinovi dobivaju se obično kao sporedni proizvodi, i to: - pri procesu destilacije i krekiranja sirove nafe - u proizvodnji tekućih goriva iz ugljena - pri suhoj destilaciji smeđeg i kamenog ugljena - u proizvodnji koksa. Nedostaci tekućih naftnih plinova su: -
zapaljivost i eksplozivnost
-
potrebno je poduzimanje i poštivanje tehničko-sigurnosnih mjera u
svim područjima.
2.4.2.2. GENERATORSKI PLIN Generatorski plin dobiva se nepotpunim izgaranjem čvrstih goriva i redukcijom proizvoda izgaranja (CO2) u posebnim pećima tzv. generatorima. Zbog prisutnosti izvjesne količine zraka potrebne za nepotpuno izgaranje goriva, u generatorskom plinu se nalazi i znatna količina inertnih plinova koji snizju toplinsku vrijednost generatorskog plina. Konstrukcije generatora za proizvodnju plina mogu biti različite s obzirom na vrstu goriva. Generatorski plinovi s obzirom na kemijski sastav i način dobivanja mogu se podijeliti u tri vrste: -
obični generatorski plin
-
miješani plin
-
vodeni plin.
Pri izgaranju čvrstih goriva u specijalnim generatorima s nedostatnom količinom zraka nepotpunim izgaranjem dobiva se obični generatorski plin. Ako se pri izgaranju u generator uvodi vodena para, dobiva se miješani plin koji u sastavu ima i vodika. Ako se preko užarenoga koksa pušta vruča vodena para, dobiva se tzv. Vodeni plin koji sadrži pretežito ugljik(II)oksid i vodik. 23
Generatorski plin je zapaljiv, zagušljiv i otrovan, a ima miris bijelog luka. Prostorije u kojima se nalazi generator treba osigrati od otvorenog plamena i češće zračiti. Generatorski plin rabi se kao pogonsko gorivo za motore s unutarnjim izgaranjem na raznim vozilima (kamioni), te za stacionarne motore na riječnim brodovima i kao gorivo za postizavanje topline u pjedinim tehnološkim procesima. Ako se generatorski plin koristi kao gorivo za motore, mora se prije uporabe pročistiti, jer sadrži ugljene prašine, pepela i smole, a to bi uzrokovalo naglo trošenje cilindra, stapnih prstenova i stapa te začepljenja ventila.
2.4.2.3. UKAPLJENI PLIN Ukapljeni plin zapravo je smjesa zasićenih ugljikovodika propana i butana (njegovih izomera) te raznih primjesa, ponajviše propena, butena, etana i etena u različitim omjerima. Pri normalnim je uvjetima plinovit i teži od zraka, a ukapljuje se pri prilično niskim tlakovima (od 1,7 do 7,5 bar). Proizvodi se iz nafte i naftnih plinova rafinerijskom preradom ili pri obradi sirovog prirodnog plina. Vrlo je prikladan za prijevoz, skladištenje i primjenu jer se skladišti i prijevozi u kapljevitom, a koristi u plinovitom stanju. Najčešće se koristi u kućanstvima, kao gorivo u sustavima grijanja i pripreme potrošne tople vode te za pripremu hrane, ali i u gospodarstvu (gorivo u poljoprivrednim i manjim industrijskim pogonima, u ugostiteljstvu i građevinarstvu) te za pogon motornih vozila. Neotrovan je, bez boje i mirisa (stoga mu se pri proizvodnji dodaje odorant, za otkrivanje u slučaju propuštanja instalacije), ima uske, ali niske granice eksplozivnosti, a kako je teži od zraka (d > 1) skuplja se pri podu prostorije i vrlo lako taloži u podrumima, raznim oknima, rovovima i sl.
2.4.2.4. AUTOPLIN U HRVATSKOJ
24
U Republici Hrvatskoj kao jednu od značajnih poticajnih mjera možemo smatrati oslobađanje od „Eko-testa" vozila na pogon plinom. Nadalje, uz činjenicu da tržište vozila na UNP u nas nije novo, uz postojanje servisne mreže i mreže punionica, uvođenje novih mobilnih punionica, kao i mogućnost uvoza orginalno proizvedenih vozila na dvojno gorivo (UNP-motorni benzin) može značajno pridonijeti smanjenju tzv. „chicken & egg" problema" i daljnjem razvoju tržišta. Također, kao poticaj razvoju sustava punionica ne treba zaboraviti da se Hrvatska, kao turistička zemlja, nalazi u susjedstvu Italije, najvećeg europskog tržišta UNP-a za pogon motornih vozila s preko milijun vozila na UNP. Konačno, uz odsustvo ikakvih poticajnih mjera, porast cijene motornog benzina (za približno 12 do 14 posto u odnosu na isto razdoblje lani) te njene oscilacije, uz znatno nižu i stabilniju cijenu UNP-a kao motornog goriva, ipak predstavlja kakav takav dodatni poticaj.
Slika 8.: Potrošnja autoplina ( http://www.poslovni.hr/42889.aspx) Potrošnja autoplina u Hrvatskoj raste - u 2006. je utrošeno 35.000 tona autoplina, što je znatno više nego u 2005. kada je potrošeno ukupno 22.000 tona ili 2004. kada je utrošeno oko 15.000 tona autoplina, podatci su koje su na nedavnom međunarodnom znanstveno-stručnom susretu stručnjaka za plin u Opatiji predstavili djelatnici PROplina, člana INA Grupe. Prema procjenama, u Hrvatskoj oko 45.000 automobila kao pogonsko gorivo koristi autoplin, odnosno mješavinu ukapljenog propana i butana, što je oko 3,1 posto od ukupnog broja registriranih osobnih vozila. Prodajom uređaja i opreme za pogon vozila na autoplin bavi se 15 evidentiranih zastupnika proizvođača, a najveći dio instalacija uvozi se iz Italije. U Hrvatskoj je do kraja 2006. otvoreno 120 punionica autoplina, 200 autoplin servisa, a 58 stanica za tehnički pregled obavljalo je pregled vozila na autoplin. Do kraja 2007. očekuje se 25
otvaranje još oko 80 punionica, posebice malih i srednjih poduzetnika, koji najčešće postavljaju mobilne punionice plina. Prema podatcima iz PROplina, upotreba autoplina u svijetu ima najveći rast u odnosu na korištenje ukapljnog naftnog plina u domaćinstvima, poljoprivredi ili industriji. Procjenjuje se da se autoplin koristi za pogon ukupno 11,4 milijuna vozila raznih namjena - za osobna vozila, javni prijevoz i u gospodarstvu, a od toga je oko 5,8 milijuna vozila u europskim zemljama. U svijetu je u 2005. utrošeno ukupno oko 17 milijuna tona autoplina, od toga u Europi oko 6,7 milijuna tona ili 37,6 posto.
Slika 9.: Hrvatska prirodna bogatstva
2.4.3. PLINOVITA GORIVA U SVIJETU
Ukapljeni naftni plin kao gorivo u motorima s unutrašnjim izgaranjem za pogon vozila pojavio se prvi puta 1920 godine u SAD-u. Ukupan broj takvih vozila danas se kreće oko 4 milijuna. Od tog broja četvrtina otpada na Italiju, a po pola milijuna na Poljsku i Nizozemsku. Uporaba plina ima brojne ekološke, ali i ekonomske prednosti nad benzinskim i dizel gorivima. Mogućnost nastajanja prizemnog ozona smanjena je za više od 50%, emisija dušičnih oksida i ugljičnog monoksida za 80 % dok su emisije sumpornih spojeva, benzola, aldehida i krutih čestica (čađi) gotovo zanemarive. Jedini nedostatak vozila na ukapljeni naftni plin jest njegova relativna gustoća. Kako je teži od zraka sakuplja se uz podove gdje može stvoriti eksplozivnu smjesu . Upravo zbog toga se takva vozila u velikom broju zemalja ne smiju parkirati u podzemnim i zatvorenim garažama. Taj je podatak naveo proizvođače vozila da se u posljednje vrijeme više orijentiraju na proizvodnju vozila koji koriste prirodni plin. Značajne zalihe tog energenta na svjetskoj razini i
njegova
kvaliteta
u
odnosu
na
okoliš
čini
ga
gorivom
budućnosti.
26
Francuski proizvođač Citroen pokrenuo je serijsku proizvodnju svog modela C3 na prirodni plin. Plin se ubrizgava izravno u cilindar preko četiri specifična ubrizgivača. Ovo višestruko sekvencijalno ubrizgavanje omogućuje bolju potrošnju, osiguravajući pri tome dobre vozne performanse. Vozilo radi prvenstveno na plin, a kada se potroši zaliha plina automatski se prelazi na benzin. U posljednje vrijeme sve više proizvođača upušta se u proizvodnju vozila na prirodni plin (Fiat Multipla Blupower, Volvo S80. Honda, Opel, Ford…) Ovaj svojevrsni trend ima za posljedicu i izgradnju sve gušće mreže punionica prirodnog plina kojih u Europi ima oko 2000. U autobusnom prijevozu približno 35000 autobusa koristi PP a pretpostavlja se kako ima oko 3.7 milijuna vozila na PP u svijetu. Najviše u Argentini 1 280 000 i Brazilu 705000.
2.5. ALKOHOLNA GORIVA 2.5.1. ETANOL Etanol je alkohol proizveden iz biomase i/ili biorazgradive frakcije otpada, a koristi se kao biogorivo. Najvažnije sirovine za proizvodnju etanola su: šećerna trska, šećerna repa, kukuruz,pšenica, sirak i krumpir. Etanol kao zamjena benzinu je obnovljivo gorivo s trenutno najvećim svjetskim količinskim potencijalom. On se dobiva fermentacijom sirovina bogatih škrobom ili šećerom. Etanol se može koristiti u motorima s unutarnjim izgaranjem uz dodavanje benzinu ili kao njegova potpuna zamjena. Za dodavanje do 20% etanola u benzin nisu potrebne nikakve preinake ni zahvati na motoru, dok za dodavanje većeg udjela ili za pogon samo na etanol treba djelomično modificirati motor što poskupljuje cijenu takvih vozila za oko 5 do 10%. Slično kao etanol, metanol se može koristiti kao dodatak benzinu ili kao posebno gorivo. Zbog ponešto drukčijeg načina izgaranja nego benzin mogu se pojaviti određene poteškoće koje se rješavaju dodavanjem određenih dodataka. Glavna je prednost etanola činjenica da može smanjiti neto emisije stakleničkih plinova. Uporaba 100% bioetanola emisije bi u uporedbi s običnim fosilnim gorivom smanjila za 5027
60%, i to s obzirom na zaključen ˝životni krug˝ goriva, a prilikom uporabe mješavina koristi su naravno manje. 5%-na mješavina bi tako neto emisije smanjila za približno 2,5-3%. Bioetanol može smanjiti i neke emisije ispušnih plinova cestovnih vozila, iako njegova stvarna učinkovitost oscilira s obzirom na tip benzinskog vozila i značajki goriva. Prednosti etanola nad fosilnim gorivima su velike: E85 ima najveći postotak kisika od bilo kojeg danas dostupnog goriva, zbog čega izgara čistije od benzina. Ispušni plinovi stvaraju manje smoga i smanjuju bolesti dišnih puteva povezanih s lošom kvalitetom zraka. E85 smanjuje i emisiju stakleničkih plinova za više od 40 posto u odnosu na benzin. Etanol je neotrovan, topljiv u vodi i biorazgradiv, što E85 čini vjerojatno najboljim gorivom na svijetu. Etanol se promovira kao čisto gorivo iz obnovljivih izvora koje će smanjiti globalno zatopljenje i zagađenost, no rezultati pokazuju da mješavina goriva s visokim udjelom etanola predstavlja jednaku ili čak veću opasnost za zdravlje ljudi nego benzin, koji već neko vrijeme uzrokuje ozbiljne zdravstvene probleme. Ograničena je ponuda vozila OEM za B30-B100 i premalo je postaja na kojima je dostupan etanol.
2.5.1.1. ETANOL U SVIJETU
Najveći proizvođači i korisnici bioetanola su Brazil (oko 9,5 mil.tona godišnje), i SAD (oko 4,8mil. tona). U Europskoj uniji se bioetanol kao gorivo koristi u Španjolskoj, Poljskoj, Francuskoj i Švedskoj, čija kompanija Scania proizvodi kamione i autobuse na etanol. U Stockholmu automobili koji voze na etanol ne plaćaju parkirna mjesta, a i oslobođeni su nekih poreza pri kupnji automobila.
2.5.1.2. ETANOL U RH U Hrvatskoj, proizvodnja obnovljivog etanola otvorila bi novo tržište hrvatskom kukuruzu, šećernoj
repici
i
drugim
biljkama
koje
sadrže
šećer,
škrob.
Primjerice, od 2,5 tona kukuruza može se dobiti 1000 litara etanola, a od nusproizvoda 65 kilograma kukuruznog ulja, 560 kilograma 21-postotne proteinske hrane za stočnu prehranu, 135 kilograma 60-postotne glutenske hrane te 770 kilograma ugljik dioksida koji se koristi za karboniziranje bezalkoholnih pića i proizvodnju plina za smrzavanje. Ishrana stoke
28
nusproizvodima smanjila bi i uvoz stočne hrane koje godišnje uvozimo u vrijednosti od 55,9 milijuna američkih dolara. Iz podataka za 1997. godinu, vidljivo je da je u RH proizvedeno više od 2,1 milijun tona kukuruza, od čega je država otkupila svega 356.228 tona. Veći dio viška izvezen je po minimalnoj cijeni. Višak kukuruza, kao i drugih biljaka koje sadrže šećer i škrob, mogao bi se iskoristiti za proizvodnju etanola, te na taj način ne samo da bi se otvorilo novo tržište kukuruzu, nego bi se i hrvatskom poljoprivredniku otvorilo novo tržište kukuruza, što bi utjecalo na stabiliziranje gospodarskog dohotka i smanjenje državne pomoći. U proizvodnji bioetanola koristi se klasična proizvodnja etanola, kao npr. u tvornici Badel, uz dodatak denaturiranja. Etanol, namijenjen daljnjoj upotrebi kao gorivo, denaturira se malom količinom benzina, kako bi postao nepogodan za ljudsku upotrebu.
Slika 10.: Etanol, proizvodnja i okoliš ( http://www.usb.hr/index.php?option=com)
2.5.2. METANOL Goriva na bazi metanola, koji se najčešće dobiva iz prirodnog plina, ali se može dobiti i iz biomase pa je kao takav također obnovljivo gorivo. Metanol je alkohol, a prilikom izgaranja stvara manje ugljikohidrata i dušikovih oksida koji zagađuju okoliš. Kao gorivo u prometu metanol se već koristi, te tako postoje autobusi koji voze na takozvani M85, koji je zapravo mješavina metanola i benzina u omjeru 85:15. Danas se metanol proizvodi najčešće katalitičkom sintezom ugljik (II) oksida, dobivenih modificiranom reakcijom vodenog plina u kojoj je metan glavna komponenta prirodnog 29
plina što reagira s vodenom parom. S ekonomske strane, metanol ima brojne prednosti kao alternativno gorivo. Ekološki, pak, ispušni plinovi motora koji troše metanol ili smjese metanola s ugljikovodičnim gorivima su 2 - 3 puta manje toksični u usporedbi s motornim benzinom. Međutim, uporabom čistog metanola ili njegovih mješavina s naftnim prerađevinama kao motornog goriva, može se očekivati veća količina formaldehida, metanola i ostalih derivata gorenja metanola. Nedostaci metanola u odnosu na plinsko ulje su mala zapaljivost, visoka temperatura isparavanja, smanjeno svojstvo podmazivanja, korozija koji traže bitne izmjene koncepta motora, odnosno goriva.
2.6. POTREBITA INFRASTRUKTURA ZA DISTRIBUCIJU ALTERNATIVNIH GORIVA U sljedećih će 10 do 20 godina svjetsko i domaće gospodarstvo biti suočeno s potrebom prijelaza s klasičnih izvora primarne energije (kao što su fosilna goriva) na obnovljive izvore energije. Da bi vozilo na pogon vodikom moglo biti u masovnoj proizvodnji mora postojati infrastruktura za proizvodnju, skladištenje i transport velikih količina vodika po uzoru na današnju infrastrukturu za fosilna goriva (crpljenje, transport, rafi nerije, sustav cestovnih crpki za razne tipove goriva...). S druge strane, vodikove infrastrukture neće biti ako na cestama ne bude dovoljni broj vozila pogonjenih vodikom. Polja pod fotonaponskim modulima graditi će se u južnim dijelovima Hrvatske i na otocima tamo gdje je Sunčevo zračenje najjače i zato povrat investicije najbrži. Lokacija proizvodnje i skladištenja vodika kao i crpke za vodik gdje se vozila snabdijevaju vodikom nalaze se uz turistički bitne prometnice, ali istovremeno blizu visokonaponskih rasklopnih postrojenja kako bi se smanjile investicije u priključak i električne vodove. Tehničke komponente sustava okvirno su dimenzionirane s obzirom na predviđene potrebe za vodikom. Puštena je u rad prva crpka za prodaju bio-diesela u Hrvatskoj, koja je otvorena u Gredi kod Vrbovca.
30
Slika 11.: Prva benzinska postaja u RH s biodizelom (http://www.hrvatskauljudba.hr/politika/) Započeta je gradnja novoga pogona za proizvodnju biodizela u IPK Tvornici ulja u Čepinu, vrijednog 32,6 milijuna eura. Trenutačni hrvatski kapaciteti za proizvodnju biogoriva iznose 28.000 tona godišnje, a i s dodatnih 35.000 tona, koji se planiraju izgraditi na vukovarskom području, to će još uvijek biti nedostatno za 157.000 tona, koliko bismo trebali imati do 2010. godine. Po prvim procjenama isplativosti očekuje se da bi novi pogon, s integriranim postrojenjem za proizvodnju biodizela, mogao ostvariti dobit prije oporezivanja od 6,2 milijuna eura te otvoriti 40 novih radnih mjesta. U Zagrebu je u promet pušteno prvih 10 ZET-ovih autobusa na biodizel. Za 7 do 8 godina u ZET-ovu autobusnom voznom parku bit će pola autobusa na biodizel, a pola na prirodni plin. Zagreb će tako biti prvi grad u Hrvatskoj koji će u tom obujmu koristiti alternativno gorivo.
Slika 12.: Autobusi ZET-a na biodizel ( http://www.suvremena.hr/3775.aspx) Trenutačno se dižu dva pogona biodizela u Hrvatskoj. Jedan u Ozlju, a drugi pokraj Virovitice. U Dvoru na Uni radi se bioplinsko postrojenje koje bi do kraja svibnja trebalo biti gotovo, a u Vukovaru se diže jedno bioetanolsko postrojenje. Za biodizel i bioetanol nisu potrebne posebne benzinske postaje nego na postojećima samo treba postaviti dodatne crpke s tim energentima.
31
U ponedjeljak 27.11.2006. na poljoprivrednom zemljištu pokraj bivšeg silosa Đergaj nedaleko Vukovara ministar poljoprivrede, šumarstva i vodnog gospodarstva Petar Čobanković položio je temeljni kamen za izgradnju pogona za proizvodnju biodizela. Izgradnja pogona za proizvodnju biodizela koštat će 87 milijuna kuna. Kapacitet pogona biti će 35.000 tona biodizela, a kao sirovina koristi će se uljana repica. Za to će se u budućnosti trebati osigurati sjetva te poljoprivredne kulture na oko 30.000 hektara uz ostvarenje proizvodnje od 100.000 tona uljene repice. O ve godine namjerava se otpočeti obnova silosa Ðergaj koji će poslužiti kao spremište za uljanu repicu i soju, sirovine potrebne za proizvodnju bio-dizela.
3. ZAKLJUČAK Ljudi će u budućnosti morati puno više koristiti čiste izvore energije. Čovječanstvo će u bliskoj budućnosti morati pronaći ekološki prihvatljivije izvore energije kojima će pokrivati svoje energetske potrebe. Trenutno se kao ekološki prihvatljivo rješenje nude obnovljivi izvori energije, ali ipak nije realno očekivati da će se ti izvori energije dovoljno razviti i komercijalizirati da u nekoj većoj mjeri zadovolje rastuće energetske potrebe čovječanstva. Energiju Sunca nema dovoljnu iskoristivost i skupa je, energija vjetra nije svugdje dostupna u dovoljnim količinama, energetski potencijali vode već su u velikoj mjeri iskorišteni. Geotermalna energije može se optimalno iskorištavati samo na tektonskim rasjedima, tj. na mjestima na Zemlji gdje toplinska energije iz unutrašnjosti Zemlje dolazi vrlo blizu površini. Energija plime i oseke, te energija valova predstavljaju veliki potencijal, ali zbog male dostupnosti trenutno se izuzetno malo energije generira iz tih izvora. Bioenergija ili točnije biogoriva nameću se kao zamjena za klasična fosilna goriva, ali ta goriva također u atmosferu ispuštaju stakleničke plinove pa nisu ekološki potpuno prihvatljiva. Dodatno se uz biogoriva veže i jedan zanimljivi etički problem. Naime, biogoriva se proizvode od šećerne trske, kukuruza, soje, uljane repice i drugih biljaka koje mogu poslužiti kao hrana.Tako bogatije države proizvode biogoriva na način da pretvaraju hranu u gorivo, dok s druge strane izuzetno puno ljudi na Zemlji umire od gladi i ta ista hrana spasila bi im živote. 32
"Čista" energija u velikim količinama može se trenutno proizvesti samo u nuklearnim elektranama. Nuklearne elektrane gotovo da nemaju nikakav utjecaj na okoliš ukoliko se prilikom eksploatacije poštuju sva pravila. Osim Černobila nije bilo većih problema s nuklearnim elektranama, a sam Černobil se ne može ponoviti zbog toga jer sve moderne nuklearne elektrane imaju izuzetno dobro riješenu i aktivnu i pasivnu sigurnost. Uz istraživanja na polju sigurnosti nuklearne fisije trenutno se razvija izuzetno puno tehnologija koje bi mogle poslužiti za proizvodnju energije u budućnosti. Najviše nade polaže se u projekt ITER. ITER je međunarodni projekt u kojem se razvija tehnologija za iskorištavanje nuklearne fuzije. Nuklearna fuzija je spajanje dva laka atoma u jedan teži, uz oslobađanje energije i taj postupak bi trebao biti potpuno ekološki prihvatljiv (nema jake radijacije, nema stakleničkih plinova,…).
4. LITERATURA 1. http://sr.wikipedia.org/wiki/Alternativna_goriva 2. http://www.suvremena.hr/3775.aspx 3.
http://www.hrvatskauljudba.hr/politika/braniteljski-bio-iesel.html
4.
http://www.vjesnik.hr/html/2005/06/02/Clanak.asp?r=pis&c=1 5. http://www.speedace.info/solar_cars.htm 6. http://simple.wikipedia.org/wiki/Solar_energy 7. http://www.limun.hr/main.aspx?id=210446 8. http://www.mojaenergija.hr/index.php/me/knjiznica/solarna_energija 9. http://www.energetika-net.hr/skola/oie/sunceva-energija 10. http://www.our-energy.com/hr/energija_sunca.html 11. http://hrcak.srce.hr/index.php?show=clanak&id_clanak_jezik=10027 12. www.hr.wikipedia.org/wiki/Vodik 13. www.mojaenergija.hr/index.php/me/knjiznica/skola_energetike 14. www.mediaclub.cg.yu/zanimljivi/racunari/feb2001/30hi-tech.htm 15. www.motori.hr/Alternativni_izvori_energije_za_motocikle 16. www.hrcak.srce.hr/index.php?show=clanak_download&id_clanak_jezik 17. www.powerlab.fsb.hr/OsnoveEnergetike/2000/fuelcell/ 18. www.fer.hr/_download/repository/FUEL_CELL_ivan_cvrk.ppt 33
