1.1 Uvod

EKOLOGIJA I TEHNIKA

1.1 UVOD

Za komforan i ugodan život, pripremanje hrane i za niz drugih aktivnosti čoveku je potrebna toplota; dok su u svakodnevnim aktivnostima ljudima potrebni rad i električna struja. Sve svoje potrebe za energentima ljudi zadovoljavaju poklonima prirode iz svoje okoline, slika 1.1:

- zračenje Sunca (solarna energija),- snaga vetra i vode (potencijalna energija),- topla voda (geotermalna energija),- bio-mase, ugalj, nafta, gas (hemijska energija) i - radioaktivni izotopi (nuklearna energija).

Sunce je, sve dok ljudi nisu pronašli vatru, bilo osnovni izvor toplote za zagrevanje. Snaga životinja je bila prvi pomagač ljudima u radu, zatim su oni naučili da koriste snagu vode i vetra za vršenje rada, kasnije ugalj, gas i naftu i radioaktivne izotope. Te materije, pošto sadrže u sebi odgovarajući energetski potencijal, zovemo energentima ili nosiocima energije, a njihov sadržaj primarnim oblicima energija. Upotrebljavamo termin primarni oblici energija zbog opšte definicije energije kao sposobnost za vršenja rada koja se ne vezuje za materiju (svetlost ili drugi elektromagnetni talasi se prenose kroz vakum) već predstavlja filozofski pojam za sposobnost. Na našoj Planeti, za sada, ljudi sve svoje potrebe zadovoljavaju korišćenjem primarnih oblika energije koje su sadržane u materijalnim nosiocima - energentima.

Samu transformaciju energije čovek vrši u odgovarajućim postrojenjima. Zavisno od postrojenja u kome se vrši transformacija dobijaju se: toplota, rad ili

11

1

1 Ekologija i tehnika

električna struja. Dakle toplota, rad ili električna struja nemaju svoje energente i njihove izvore ne možemo naći u prirodi, oni postoje samo dok traje transformacija primarnih oblika energije u toplotno opterećenje okoline, pa ih zato zovemo makro pratiocima transformacije energije. Zbog toga se, po kvalitetu, ne mogu stavljati u istu ravan sa primarnim oblicima energije. Pri ocenjivanju stepena dobrote njihovog

12

Slika 1.1: Izvori energije u prirodi

Slika 1.2: Dobijanje toplote, rada i električne struje iz primarnih energija

1.1 Uvod

dobijanja moramo uvek početi od odgovarajućeg primarnog oblika energije i odgovarajućeg energenta pa onda analizirati ukupan lanac transformacije, slika 1.2.

Toplota se dobija iz primarne hemijske energije sa najvećim stepenom potpunosti, jer se pri dobijanju toplote burnim sagorevanjem hemijska energija transformiše u okolinu sa stepenom potpunosti 80÷90%.

Rad se dobija u toku transformacije energije u motorima. Ukoliko je polazna energija za proces transformacije primarna hemijska energija takve motore nazivamo toplotnim motorima. Kod njih se sagorevanjem prvo dobije toplota (koja stvara visoke pritiske i temperature radnog tela) a zatim, u drugoj karici lanca transformacije energije, toplota se pretvara u rad po kružnim ciklusima. U toku dobijanja rada dolazi do izdvajanja eksergije iz ukupne energije sadržane u energentu, pa se samo deo te eksergije u motorima pretvara u rad. Rad se dobija iz primarne energije sa maksimalno 55 % stepenom potpunosti.

Električna struja se, najčešće, dobija u trećoj karici lanca transformacije primarne energije: prvo se dobije toplota, pa rad a zatim u generatorima električna struja. Za dobijanje struje u generatorima mora se angažovati prethodno dobijeni rad. Realne konstrukcije generatora izazivaju odgovarajuću disipaciju eksergije sadržane u radu. Tako je stepen korisnosti dobijanja električne struje iz primarne hemijske energije maksimalno 45 %. Dalje korišćenje električne struje za dobijanje toplote ili rada je sa stepenima korisnosti od 90 %. Nikako ne smemo zaboraviti da struja nije primarni oblik energije i da je za njeno dobijanje bilo potrebno angažovati neki primarni oblik energije sa odgovarajućim stepenom korisnosti.

Ovakve vrednosti stepena korisnosti su posledica nivoa današnjih naučnih i tehničko-tehnoloških znanja, kao i raspoloživih materijala na bazi kojih su konstruisana i izvedena postojeća postrojenja za transformaciju energije.

Osim čoveka i priroda izaziva transformaciju energije. Ti procesi često dovode do povećanog toplotnog opterećenja okoline (vulkani, spontane nuklearne reakcije, gromovi, truljenje bio mase, …). Međutim, priroda deluje i samoodbrambeno na povećano toplotno opterećenje tako što isparavanjem podiže vodu na viši potencijal (delimična obnovljivost potencijalne energije vode) izaziva strujanje vazduha, fotosintezom dovodi do rasta bio mase itd. Tako se priroda, samoregulacijom, trudi da uspori proces degradacije primarnih oblika energija.

Ljudi ne smeju prkositi prirodi već moraju učiti od nje i raditi tako da svakom svojom aktivnošću pomažu prirodi u njenom samoregulacionom delovanju. Pored toga ljudi moraju da pronađu načine da korisno upotrebe makro pratioce transformacije energije (električna struja iz gromova, toplota iz vulkana, iz truljenja bio masa itd.) koje pokreće sama priroda, jer tako smanjuju potrebu za angažovanjem primarnih oblika energija. Takav ukupni odnos ljudi prema prirodi nazivamo inteligentno ponašanje ljudi.

Za stvaranje ukupne količine nafte, ispod površine Zemlje, bilo je potrebno više od 200 miliona godina. Ljudi su polovinu tih rezervi uspeli da potroše za samo 200 godina. Ukoliko se nastavi sa sadašnjim tempom potrošnje, preostale rezerve biće potrošene u narednih 50 godina. Zbog toga se postojeće količine nafte moraju racionalno iskoristiti u uređajima sa povećanim stepenima korisnosti i smanjenim negativnim dejstvima na okolinu. Time će inženjeri dobiti vremena da razviju nove uređaje za transformaciju energije u kojima su energenti alternativna goriva prijateljski orjentisana prema okolini.

13

1 Ekologija i tehnika

14