ŽiVOT U BUDUĆNOSTi
Održive tehnologije koje mogu
spasiti našu budućnost
Stručna brošura | chemgeneration.com
UVOD
Dragi čitatelju,
vjerojatno se svakodnevno susrećete s
konceptom održivog razvoja, koji se često
spominje kao ključan za naš opstanak u
budućnosti, u kojoj će buduće generacije imati
ključnu ulogu. Međutim, termin održivost, kao i
koraci koje svijet i mi možemo poduzeti, često
su nejasni čak i nama odraslima.
Cilj Chemgeneration edukativnih materijala
koje je izdala tvrtka BASF jest sveobuhvatno
predstaviti metode održivosti jezikom mladih
ljudi, pogotovo novosti iz svijeta znanosti koji
mogu promijeniti budućnost gradova, potrošnju
energije i našu prehranu, ili općenito govoreći:
svakodnevni život ljudi. Današnji učenici će se u
budućnosti svakako susresti s takvim stvarima
jer će za njih vjerojatno postati neizbježno
koristiti električne automobile, živjeti u pasivnim
kućama ili koristiti energiju sunca i vjetra.
Vjerujemo da škole i nastavnici mogu učiniti
najviše za održivi razvoj ako svojim učenicima
predstave održivost kao vrijednost i povećaju
njihov interes prema znanostima, koje će, uz
inovacije, imati odlučujuću ulogu u očuvanju
okoliša i održivom razvoju. Nadamo se da će
ovaj mladi naraštaj rado birati karijeru u znanosti
i da će biti motiviran da radi na održivosti u
svojoj profesiji, uz pomoć najnovijih znanstvenih
alata.
BASF za
edukaciju i
održivost
„We create chemistry for a sustainable future“
(„Mi stvaramo kemiju za održivu budućnost“)
jest moto kompanije BASF. Međutim, što to
znači? To znači da, kao sastavni dio društva,
naša tvrtka djeluje i razvija inovacije, imajući
uvijek na umu principe i smjernice za održivi
razvoj. Tijekom 150-godišnje povijesti naše tvrtke
došli smo do mnogih tehnoloških otkrića koja
promiču održivi razvoj, od inovativnih materijala
koji omogućavaju učinkovitiju uporabu zelene
energije, pa do modernih i ekološki prihvatljivih
dijelova automobila. Vjerujemo da uz moderne
znanstvene metode možemo učiniti mnogo za
održivost.
Jedan od naših ciljeva jest popularizirati koncept
održivosti i znanosti koje u njemu igraju važnu
ulogu, pogotovo kod mlađih naraštaja, jer je
ključ naše budućnosti u njihovim rukama. Za njih
smo razvili brojne programe u kojima mogu steći
osobno iskustvo u uzbudljivom svijetu znanosti,
te u međuvremenu i naučiti mnogo o važnosti
održivog razvoja za naš svijet.
Želimo Vam uspješan rad i mnogo
zainteresiranih učenika.
We create chemistry
BASF Kids’ Lab
Interaktivni edukacijski program, laboratorij za djecu, posebno osmišljen za uzrast od 6 do
12 godina. Pruža djeci priliku da otkriju svijet kemije kroz jednostavne i sigurne kemijske
eksperimente, koji mogu dalje pobuditi njihovu znatiželju prema znanosti, pogotovo kemiji.
2
CHEMGENERATION.COM
edukativna internetska
stranica
Glavni su ciljevi naše internetske stranice, koja postoji već četiri godine,
zainteresirati mlade za znanost i pokazati ulogu kemije u našem svijetu,
uključujući i njezine važne zadatke koji se tiču budućnosti čovječanstva i
održivog razvoja. Okosnica sadržaja su priče o jako važnim otkrićima u kemiji,
no i najnovije znanstvene inovacije mogu se naći na našoj internetskoj stranici.
CHEMGENERATION
program
Potaknuti uspjehom internetske
stranice Chemgeneration, svake
godine razvijamo programe koji
motiviraju učenike srednjih škola
starosti od 14 do 18 godina na
znanstveno razmišljanje i djelovanje.
U 2012. smo im godini putem
internetske igre ‘Future City’ (Grad
budućnosti) predstavili znanstvene
tehnologije koje su sastavni dijelovi
održivog, modernog grada. Zatim
smo 2013. pozvali učenike srednjih
škola na natjecanje ‘Lančana
reakcija’, koje je aktiviralo njihovo
znanje fizike i kemije. Svaki je tim
napravio automatiziranu napravu za
lančanu reakciju koju je pokretao niz
fizičkih i kemijskih reakcija.
U školskoj godini 2014./2015.
učenike ponovno pozivamo na
zanimljivo natjecanje. Cilj natjecanja
‘Junaci budućnosti’ jest naći buduće
mlade izumitelje koji mogu kreativno
primijeniti znanstvene inovacije da bi
proveli ekološki prihvatljivo rješenje.
Timovi učenika srednjih škola
moraju provesti stručno istraživanje
i stvoriti inovativno, održivo rješenje
koje može riješiti izazov u njihovim
lokalnim zajednicama. Ovaj izazov
može biti rasipanje energije u školi ili
proizvodnja previše smeća – cilj je da
se za rješavanje tog problema moraju
koristiti stručne metode. Najbolje
ideje služe kao dobri primjeri i mogu
nadahnuti i druge da uvedu promjene
i koriste održiva rješenja.
Priručnik o održivosti
Brošura sadrži devet bogato
ilustriranih popularnih članaka koji
otkrivaju odnos između održivosti
i znanosti na globalnoj razini, koji
najviše utječu na naš svijet, poput
potrošnje energije ili vode. Tekstovi
učenicima predstavljaju najnovije
rezultate istraživanja i inovacija te
pružaju mnogo zanimljivih podataka
kako bi privukli njihov interes.
Stručni članci pomažu i u radu
nastavnika koji u ovom priručniku
mogu pročitati više o najnovijim
znanstvenim otkrićima za koja
možda još nisu čuli.
3
Brzi rast stanovništva i rastući gradovi znanstvenicima
predstavljaju izazov. Struktura se gradova mijenja i njihove
metode gradnje također postaju sve više i više ekološki
prihvatljive. Također je važno imati čisti zrak i održivo
upravljati vodom, za što već postoje uzbudljivi znanstveni
odgovori.
Pročitajte o najnovijim eko-gradovima, fantastičnim
budućim građevinskim metodama, biološkom
pročišćavanju vode i mogućnostima desalinizacije
morske vode. Upoznajte se s posljedicama zagađenja
zraka i kako se boriti protiv toga najnovijim znanstvenim
tehnologijama.
4
UrBANi ŽiVOt
5
Budućnost vode - kako znanost može
utažiti našu žeđ?
Ljudi i sva živa bića trebaju vodu za opstanak. zbog
porasta svjetske populacije i klimatskih promjena, vodni
potencijali našeg planeta kontinuirano se smanjuju,
pitke vode je sve manje. Nažalost je prisutno i stalno
onečišćenje vode. Ovaj članak otkriva što znanost radi u
cilju očuvanja čiste vode.
Svaka
je kap
dragocjena
Voda je jedna od najčešćih
tvari na zemlji. zauzima gotovo
3/4 planete zemlje, odnosno
71%
S
Voda se na zemlji pojavljuje u
oceanima, morima, jezerima i
rijekama. Sjeverni i južni pol,
kao i ledenjaci planina također
sadrže vodu, ali se voda nalazi
u čvrstom stanju, ledu.
POVršiNe zeMLje
POkriVeNO je VODOM
J
?
kako je moguće da unatoč
ogromnim vodnim rezervama ljudi
nemaju dovoljnu količine vode u
mnogim dijelovima svijeta
=
Odgovor je da je samo mali dio
slatkovodne vode na zemlji pitak, i
2,5%
to samo
. štoviše, većina
slatkovodne vode uglavnom je
zamrznuta kao stalni sloj snijega i leda
u ledenjacima ili se pak nalazi duboko
ispod zemljine površine između
stijena, stoga je teško doprijeti do nje.
Međutim, potrebe ljudi za vodom se
povećavaju. Dnevno je potrebno
osigurati dovoljnu količinu vode
(piće, jelo i higijenu) za
7 milijardi ljudi
`
U skoroj budućnosti, za samo
nekoliko desetljeća,
10 milijardi ljudi
će imati na raspolaganju
puno manje vode.
6
Voda kao imovina
Bogate i sušne zemlje Bliskog istoka uvoze
pitku vodu sa područja jezera kanade
i Sibira, što znači da ta voda praktički
putuje oko svijeta dok ne stigne do krajnjeg
potrošača. Slično je situacija i u Americi,
gdje milijunski gradovi dobivaju vodu iz
područja udaljenih stotinama kilometara.
Poslovni ljudi koji kupuju veliki broj vodnih
resursa u rusiji, kanadi i na Aljasci
su novi milijunaši.
Najnovije istraživanje pokazuje
da danas
1 milijarda ljudi
pati od žeđi
a
t. Boone Pickens, najveći
vlasnik vode u Americi, uložio je
$100 milijuna
do
u kupnju bunara i izvora.
U budućnosti planira prodati pitku
vodu teksasu za
2050. godine
na planetu će biti dovoljno
vode samo za pola
čovječanstva.
Postavlja se pitanje,
zašto se raspoloživi
izvori vode smanjuju?
$165 milijuna.
Vodeni otisak
(m /god/stanovništvo)
Potrošnja vode
mjeri se kroz vodeni
otisak. Vodeni otisak
ili trag predstavlja
sveukupnu uporabu
pitke vode unutar
ukupne proizvodnje
konzumnih dobara i
izvedenih usluga neke
zemlje u promatranom
razdoblju.
3
S jedne strane, zbog klimatskih
promjena, jer povišenje temperature
zemlje rezultira ekstremnim
vremenskim uvjetima, sve su
češća sušna razdoblja, smanjuje
se količina vode u jezerima,
presušuju slivna područja. S druge
strane, intezivno raste potrošnja
vode ljudi, osobito onih koji žive u
velikim gradovima. U mnogim se
mjestima voda brže troši u odnosu
na raspoloživost vodnih potencijala.
zabrinjavajuće je da se potrošnja
vode za takozvane luksuzne
namjene ne smanjuje. Primjerice, za
navodnjavanje golf igrališta za samo
jedan dan potrebno je onoliko vode
koliko dnevno iznosi potrošnja vode
polovice zemljine populacije.
7
!
SAVJET
Ovako uštedite vodu:
•
•
•
•
•
•
Biomimikrija:
Umjesto kupanja, tuširajte se. Tuširanje u trajanju od nekoliko minuta zahtijeva upola manje vode koju bi inače potrošili dok napunite kadu.
Zatvorite slavinu dok perete zube, spriječite nepotreban gubitak vode.
Sakupljajte kišnicu za zalijevanje biljaka, nemojte koristiti vodu iz slavine.
Opremite svoj dom slavinama i tuševima koji štede vodu.
U kućanstvima se većina vode gubi ispiranjem WC-a. Koristite učinkovite vodokotliće s dvojnim ispustom vode.
Ne perite suđe uz kontinuirani mlaz, već ga namočite, a tako ga je ujedno lakše i očistiti.
oponašanje životinja
u prirodnom staništu.
Životinje koje žive u sušnim staništima
prilagodile su se životnim uvjetima.
Na primjer, postoji jedinstveni kukac
koji živi u Africi koji se koristi sitnim
mikro vlaknima na svojim leđima za
prikupljanje vode iz jutarnje vlage
u zraku. Ovo je pametno rješenje
inspiriralo znanstvenike, koji već
rade na samopunjivoj boci vode koja
radi na sličnom principu: boca je
prekrivena posebnim nanotehnološkim
materijalom koji usmjerava vlagu iz
zraka u bocu.
Voda je ključ modernog života
Zbog brze urbanizacije, osiguravanje dovoljnih
količina vode u velikim gradovima postaje sve veći
izazov. Bez vode ne bi bilo lokalnih tvrtki ili industrija.
Vatrogasne jedinice, gradske zelene površine i javni
bazeni; svi su oni veliki potrošači vode.
Sustav cijevi, kanala i crpnih stanica koji
upravljaju našim javnim vodovodnim sustavima
potrebni su da bi nas svakodnevno opskrbili
vodom. Potražnja za vodom raste zbog porasta
populacije i povećane potrošnje vode uslijed
novih trendova i novijeg životnog stila.
Budući da broj stanovnika raste, sve je više ljudi
potrebno prehraniti. Malo ljudi zna da su usjevi
i stočarstvo veliki potrošači vode čovječanstva:
u poljoprivredi se troši 80% globalne potrošnje
vode, što znači da je to područje ljudske
djelatnosti u kojem su potrebne značajne
redukcije potrošnje vode.
Koliko se vode koristi za proizvodnju vaše omiljene hrane?
1 kriška kruha = 48 litara vode
1 jabuka = 82 litre vode
1 kriška sira = 152 litre vode
1 kriška pizze = 1216 litara vode
1 hamburger = 2393 litre vode
1 šalica kave = 132 litre vode
1 komad čokolade = 1720 litara vode
1 kg govedine = 15.415 litara vode
Iz tog razloga, brojni znanstvenici, danas, a i u budućnosti traže odgovor putem
provođenja brojnih eksperimenata, kako proizvesti dovoljno hrane, a pri tome
potrošiti što manje vode. U našem članku „Više hrane s manje vode“, možete
pronaći više informacija o ovoj temi.
8
Može li morska voda spasiti čovječanstvo?
Mora i oceani najveći su vodospremnici na Zemlji,
pa čovječanstvo odavno pokušava dobiti
pitku slatkovodnu vodu iz morske vode.
To se postiže procesom desalinizacije
Jednostavna se destilacija već primjenjivala
u 4. stoljeću pr. Kr., ali složeni proces
višestrukog zagrijavanja vode, kao i proces
hlađenja i kondenzacije pare proizvedene na
ovaj način zahtijeva mnogo energije.
Multibore® Ultrafiltration membrane koje
razvija podružnica njemačke kemijske
tvrtke BASF već su dokazale svoju
učinkovitost u mnogim postrojenjima za
desalinizaciju. Membrane omogućuju
sigurnu barijeru suspendiranih tvari,
bakterija, virusa i drugih mikroorganizama,
te se visoko kvalitetni filtrat proizvode čak
i u slučaju kada kvaliteta i sastav izvorne
vode varira.
Ekonomičniji oblik desalinizacije temelji se
na procesu obrnute osmoze, pri čemu se
morska voda istiskuje kroz polupropusnu
membranu pod visokim tlakom, te se kao
rezultat sol gubi iz nje. Kemija kao znanost
ima ključnu ulogu kako bi omogućila da
ovaj postupak postane što učinkovitiji.
Prema prognozama istraživačke
kompanije Global Water Intelligence
14%
(GWI), čak će
svjetske
populacije koristiti vodu dobivenu kroz
postupak morske desalinizacije do
2025. godine.
Danas je to svega 1% populacije.
Trenutno, u
120 zemalja svijeta postoji
17.000 postrojenja za desalinizaciju,
no smatra se da će taj broj
značajno porasti.
Blagoslov s neba
Inženjeri u suvremenim megalopolisima slažu se s
prijedlogom recikliranja kišnice na različite načine.
Jugoistočna Azija možda ima najdužu tradiciju
u korištenju kišnice. Poznati neboder u Japanu,
Tokyo Skytree – visok 634 metara, druga najviša
zgrada na svijetu – sadrži velike cisterne u nižim
razinama podruma koje mogu skladištiti oko
2.600 m3 kišnice. Ovo pametno rješenje osigurava
besplatnu vodu za hlađenje velike zgrade i za
ispiranje WC-a.
Osim toga, zeleni krovovi uspostavljeni na
zgradama u gradovima nisu tu samo zbog
estetike. Većina njih je inovativno rješenje za
upravljanje kišnicom koje istovremeno poboljšava
energetsku ravnotežu zgrade, kvalitetu zraka i
pridonosi urbanoj ekologiji. Zeleni su krovovi u
stanju apsorbirati i reciklirati kišnicu, dok se neke
od onečišćujućih tvari akumuliraju u sadnom
mediju. Intenzivno zeleni krov može zadržati i
do 75% oborina te na taj način također smanjiti
otjecanje i količinu kišnice koja završava u
kanalizaciji.
?
Jeste li znali
• Trenutno se većina kišnice koristi
u Kini i Brazilu. U tim se zemljama
krovna žetva kišnice provodi za
opskrbu pitkom vodom i vodom za
domaćinstvo, te se koristi kao voda
za stoku, voda za navodnjavanje i za
ponovno punjenje podzemnih voda.
9
inovativni tretmani s vodom
Ozbiljne probleme uzrokuje ne samo mala količina, već i
loša kvaliteta vode također.
Oko
Diljem svijeta
2,5 milijardi
80%
ljudi konzumira zagađenu vodu
i ima problema s dnevnom
opskrbom čistom vodom.
Situacija je posebno dramatična u
gradovima i zemljama u razvoju. U
Buenos Airesu, na primjer, rijeke su vrlo
zagađene; u kalkuti u indiji, stanovništvo
se bori s fekalnom kontaminacijom i
povećanom koncentracijom arsena
u podzemnim vodama. Situacija u
kini je također alarmantna: čak je
90% podzemnih voda u gradovima
onečišćeno.
Veliki izazov za inženjere je razviti
postupke koji s jedne strane moraju
osigurati da što manje onečišćujućih tvari
dođe u vodu, ali i s druge strane, da se
već zagađena voda učinkovito očisti.
Njemačka kemijska tvrtka BASF nudi
?
komunalnih otpadnih voda
izravno se ispušta u rijeke,
jezera i mora, bez da prije
toga bude obrađena.
niz rješenja za obradu vode u nekoliko
područja. Spoj zetag® Cationic emulsion
može se koristiti za tretiranje industrijskih
otpadnih voda i za širok raspon situacija
odvajanja čvrstih tvari od tekućih.
Njegova visoka molekularna težina daje
izvrsne tehničke izvedbe te dovodi do
nižih troškova pri tretiranju vode. Ovaj se
brzo djelujući spoj uglavnom koristi za
pročišćavanje industrijskih otpadnih voda
u papirnoj, tekstilne i kožnoj industriji, kao
i u prehrambenoj industriji i pivovarama.
Multibore® membrana, koju je razvila
jedna od podružnica BASF-a, pogodna
je za pročišćavanje otpadnih voda, a
posebno za filtriranje. Voda se provuče
kroz vrlo sitne 20-nanometarske pore,
jeste li znali
• takozvani se živi strojevi također
koriste za pročišćavanje otpadnih
voda. U tim sustavima, onečišćujuće
tvari ne razgrađuju samo bakterije
već i ekološke zajednice od 20003000 vrsta, uključujući alge, puževe,
školjkaše, rakove, biljke i ribe. Ovi
organizmi konzumiraju zagađivače
kao hranu i tako izgrađuju svoje tijelo.
!
koje su tri tisuće puta manje od debljine
ljudske kose. Ova metoda promiče
zdravlje i čistoću u svijetu izrazito
mikroskopskih dimenzija. Nakon takvog
filtriranja formirana je homogena tekućina.
BASF je također napravio svoju
revolucionarnu ultra filtracijsku membranu
na prijenosnom sustavu za pročišćavanje
vode pod nazivom LifeStraw Family,
koji kroz proces filtriranja može ukloniti
viruse i bakterije iz onečišćene vode. Na
taj se način može očistiti čak i voda iz
onečišćene lokve, bare i rijeka. Sustav
se koristio na područjima zahvaćenima
prirodnim katastrofama već nekoliko
puta od 2008. godine te opskrbljuje ljude
pitkom vodom.
SAVJET
Pranje automobila bez vode?
• kako bi oprali jedan automobil potrebno je utrošiti
200 litara vode. Međutim, pranje automobila bez
vode pri kojemu se koriste blage kemikalije ili para
već postoji. Potražite takva rješenja da bi uštedjeli
vodu u svakodnevnom životu!
10
Kemija vode
Voda je posvuda oko nas
Voda je posvuda oko nas, okružuje nas zahvaljujući
svojim svojstvima: dobro je otapalo, bitni životni procesi
odvijaju se u vodenoj otopini, te je također čest reaktant.
Anomalija vode, pojava da je najveća gustoća vode oko
4°C, iznimno je važna za održavanje života u vodenim
ekosustavima zimi kad je temepratura iznad površine
vode niža. Anomalija vode je i razlog što ledenjaci plutaju
po površini vode te zašto se zamrzava u smjeru od
površine prema unutrašnjosti tekućine. Viskoznost vode
je relativno velika te se značajno smanjuje s porastom
temperature.
?
Jeste li znali
• Gdje je lakše plivati? Hladna voda je viskoznija tako da je
kretanje teže, međutim, lakše je plutati na površini zbog
veće gustoće.
Također, jedinstveno je obilježje vode i činjenica da su
kapljice vode kuglastog oblika zbog visoke površinske
napetosti.
Ovo se svojstvo također koristi u industriji, ali je također
važno i u prirodi zbog svoje uloge u vezi s klimom.
U kemijskom smislu, destilirana je voda čista voda koji ne
sadrži otopljene tvari ili elemente koje možemo pronaći u
vodi. Potrošnja deionizirane vode (ili vode koja ima nizak
udio iona) u velikim količinama nije zdrava, jer se tako
esencijalni ioni „ispiru“ iz tijela.
Voda apsorbira, pohranjuje i emitira velike količine topline.
11
Čist zrak - sa znanstvenim metodama
Povećana urbanizacija jedan je od glavnih uzroka onečišćenja
zraka, koje je postalo uistinu zabrinjavajuće u posljednjih nekoliko
desetljeća. Istraživači rade na različitim metodama pročišćavanja
zraka za ljude koji žive u urbanim područjima. Na taj se način
provode načela održivog razvoja u stalno rastućim metropolama.
Smog postaje trajni
pokrov gradova
Većina ljudskih aktivnosti
podrazumijeva potrošnju energije,
a time i onečišćenje zraka:
elektrane, industrijska proizvodnja,
poljoprivreda, grijanje domova i
transport. Sve navedeno uzrokuje
emisiju štetnih tvari u atmosferu,
što utječe ne samo na zdravlje
ljudi, već i na atmosferu našeg
planeta. Takozvani staklenički
plinovi poput ugljikovog-dioksida
(CO2) i metana (CH4) stvaraju
neku vrstu omotača oko Zemlje,
koji veže toplinu koju Zemlja
prima od Sunca, a posljedica je
stvaranje efekta staklenika što
dovodi do zagrijavanja Zemljine
površine i globalnih klimatskih
promjena. Ugljikov je dioksid
prisutan u Zemljinoj atmosferi
u stalnoj koncentraciji. Količina
ugljikovog dioksida u zraku održava
se u ravnoteži već dugo, iako
uvijek dolazi do fluktuacija. Zbog
ljudskih aktivnosti, ta ravnoteža je
pomaknuta od početka prošlog
stoljeća, a istraživači kažu da je
sada količina ugljikovog dioksida
vrlo blizu granice odakle neće biti
povratka.
Biljke apsorbiraju ugljikov dioksid
iz zraka: one ga koristite u procesu
fotosinteze za dobivanje organskih
tvari (hrana) i plina kisika koji je
od vitalnog značaja za opstanak
svih živih bića, uključujući i
ljude. Međutim, problem je i
u kontinuiranom smanjivanju
Zemljinog biljnog pokrova: 7 milijuna
hektara biljnog pokrova iskrčeno je
zbog širenja gradova i za potrebe
drvne industrije što također
doprinosi neravnoteži.
?
Jeste li znali
• Iako se prašume nazivaju
plućima Zemlje, većinu
kisika proizvodi plankton i
alge koji žive u oceanima.
Dakle, onečišćenje voda
također značajno utječe
na kvalitetu zraka.
Osim za okoliš, onečišćenje je zraka
izuzetno štetno i za ljudsko zdravlje.
Niz drugih opasnih materijala
također se emitira u atmosferu, kao
primjerice ispušni plinovi automobila
koji mogu dugotrajnim izlaganjem
uzrokovati teške bolesti. Primjerice,
ako postoji visoka koncentracija
dušikovih oksida u zraku (dušikov(II)
oksid ili dušikov monoksid (NO) i
dušikov(IV) oksid ili dušikov dioksid
(NO2)), pod utjecajem Sunčeve
svjetlosti dolazi do reakcija s
dušikovih oksida s atomnim
kisikom koji se spaja s molekulama
kisika, nastaje ozon u atmosferi te
nastaju štetni spojevi koji zajedno s
ugljikovodicima i drugim česticama
dovode do stvaranja takozvanog
smoga iz Los Angelesa. Prema
procjenama Svjetske zdravstvene
organizacije (WHO), 700 tisuća
ljudi godišnje umire zbog utjecaja
onečišćenja zraka.
?
Jeste li znali
• Stoka je također odgovorna
za globalno zatopljenje zbog
metana koji nastaje u velikim
količinama u utrobama tih
životinja. Proizvodnja jednog
kilograma govedine dodaje
36 kg ugljikovog dioksida
ukupnom volumenu efekta
stakleničkih plinova – istu
količinu zagađenja što
proizvede prosječni europski
automobil kad pređe
udaljenost od 250 km.
12
Mapa svjetskog ekološkog otiska jasno pokazuje da je
zagađenje zraka najveće iznad najgušće naseljenih područja.
Izvor: http://environment.nationalgeographic.com/environment/
energy/great-energy-challenge/global-footprints/
Činjenice i brojke
50% - polovica
čovječanstva
izložena je
svakodnevno
opasnim količinama
onečišćenja zraka.
Čini se da je najveći izazov staviti pod kontrolu količinu ugljikovog dioksida,
što je moguće na dva načina. S jedne strane, možemo značajno smanjiti
njegovu emisiju. Za sada se to ne čini izvedivim: poduzete su brojne mjere
za smanjenje korištenja fosilnih energija i za širu uporabu alternativnih
izvora energije, no to nije bilo dovoljno da bi se prikazale značajne
promjene u razinama onečišćenja zraka u posljednjih nekoliko godina.
Drugo je rješenje pronaći način da se ugljikov dioksid izvlači iz zraka i koristi
u neku svrhu. Tisuće znanstvenika već rade na tim rješenjima – zasad s
obećavajućim rezultatima.
13
Kroćenje neprijatelja
Postoje različiti pokušaji da se iskoristi ugljikov dioksid,
od malih procesa pa sve do velikih industrijskih
rješenja. Malo je ljudi koji su svjesni da kemijska
industrija već obrađuje značajnu količinu CO2. To
znači da se ugljikov dioksid proizveden u industrijskoj
proizvodnji, uglavnom putem reakcija sagorijevanja
ili kemijskih reakcija, ne ispušta u zrak već se koristi
za različite svrhe nakon tretiranja. Ugljikov se dioksid
proizveden u takvim procesima koristi u proizvodnji
gazirane mineralne vode, ali i u modificiranoj atmosferi
pakiranja, plastičnoj proizvodnji, kao osnovni materijal
umjetnih gnojiva – pa čak i u medicini.
Činjenice i brojke
Ljudi su proizveli
više od 30 milijardi
metričkih tona CO2
diljem svijeta svake
godine.
Ugljični dioksid kao spasitelj zelene
energije
Iako možda djeluje čudno na prvi pogled, CO2 koji se smatra
štetnim, također može igrati ulogu u poboljšanju učinkovitosti
obnovljivih izvora energije. U posljednje vrijeme, obnovljivi
izvori energije ponekad mogu proizvesti više električne energije
nego što se može nalaziti u mreži u određenom trenutku.
Pohranjivanje tako generiranog viška energije je vrlo skupo,
a ponekad i nemoguće. Novi kemijski sustav „power-to-gas“
CO2 + 4H2
(P2G), čiji je jedan od ključnih elementa i efekt staklenika, možda
može riješiti ovaj problem. Koristeći fizikalno-kemijske postupke,
višak energije može se pretvoriti u plin (metan), u dva koraka,
korištenjem CO2 kao reaktanta. U prvom koraku, višak zelene
struje koristi se kao energetski pokretač za pretvorbu vode
(H2O) u vodik (H2) i kisik (O2). Vodik tada reagira s CO2 i tvori plin
metan (CH4).
CH4 + 2H2O
Kao što je poznato, metan (glavni sastojak stakleničkih plinova) dobar je za pohranjivanje energije te se može lako plasirati u sustav plinske
mreže i tako koristiti kada je to potrebno. Ova metoda je stoga ekonomičan način pohrane zelene energije.
14
Prema najnovijim rezultatima znanstvenih istraživanja, recikliranje ugljika
ne samo da bi ublažio razine onečišćenja zraka, već bi moglo riješiti
izvor energetske krize – na tri potencijalna načina.
110 milijuna
- Od globalnih
emisija CO2, još
oko 110 milijuna
tona se trenutno
koristi kao
sirovina u kemiji.
Izvor: Društvo za kemijsko inženjerstvo
i biotehnologiju (DECHEMA)
Oponašajući
prirodu: umjetni list
Mladi je znanstvenik Julian Melchiorri ove
godine došao do senzacionalnog izuma za
neutralizaciju ugljikovog dioksida: pomoću
svile, posebnog proteina i tvari dostupnih
u algama, stvorio je umjetni list koji obavlja
proces fotosinteze na isti način kao i stvarne
biljke. Samo uz svjetlost, ovaj izum počinje
transformirati ugljikov dioksid iz zraka u
kisik. Umjetni list izgleda doista lijepo te se
stoga može koristiti za pokrivanje vanjskih
i unutarnjih zidove zgrada, te bi se dakle
tako kontinuirano stavila pod nadzor emisija
ugljičnog dioksida u gradovima. Pogodan
Dobar posao:
korištenje
ugljikovog
dioksida za
proizvodnju
goriva
Ugljikov se dioksid može koristiti za proizvodnju
metanola, koji se može koristiti kao gorivo kroz tzv.
metodu neutralnog ugljika. Islandska je tvrtka otvorila
svoju prvu tvornicu u kojoj se proizvodi metanol iz CO2
kroz korištenje geotermalne energije iz toplih izvora
kao prirodan izvor energije. Tvrtka planira jednog dana
proizvoditi čak 50 milijuna litara tog alkohola godišnje
od ugljikovog dioksida. Može se upotrijebiti, na primjer,
za stvaranje energije u stanicama goriva ili može biti
pomiješan u obliku smjese benzina.
Ugljikov dioksid
kao sirovina
sintetičkog plina
Također postoje druga rješenja za korištenje ugljikovog
dioksida kao goriva. Tri njemačke tvrtke, BASF,
Linde i ThyssenKrupp, nedavno su započele projekt
proizvodnje sintetičkog plina iz ugljikovog dioksida
i vodika inovativnim procesom u dva koraka. U
prvom koraku, nova tehnologija obrade na visokim
temperaturama tretira prirodni plin da se dobije vodik i
ugljik. U usporedbi s drugim procesima, ova tehnologija
proizvodi vrlo malo CO2. Vodik zatim reagira s velikim
količinama CO2 (koji dolaze iz drugih industrijskih
procesa) i stvara sintetički plin. Ovaj je plin ključna
sirovina za kemijsku industriju, a također je pogodan za
proizvodnju goriva.
za dugoročan život u svemiru, umjetni list
također može igrati važnu ulogu u istraživanju
svemira, jer znanstvenici ne znaju hoće li
organske biljke preživjeti i napredovati izvan
naše atmosfere na način koji bi bio potreban
ljudima, a ako čovječanstvo kolonizira taj
prostor, bilo bi potrebno proizvesti vlastiti kisik.
Iz tog je razloga čak i NASA pokazala interes
za ovaj izum.
15
Čišćenje zraka u velikim količinama
Jedinstvena tehnička rješenja stvorena su za ciljano
čišćenje zraka nad velikim gradovima. Ta rješenja mogu
nas osloboditi od utjecaja ne samo ugljikovog dioksida,
već i otrovnih plinova.
Njemački je izumitelj Götz Hüsken, na primjer, došao na ideju
da se površine cesta prekriju titanovim dioksidom, koji bi
fotokatalitičkom reakcijom - kao učinak UV zraka iz sunčeve
svjetlosti- razbio dušikov dioksid koji onečišćuje zrak. Koristeći
ovo rješenje, razina dušikovog oksida u zraku bi se mogla
smanjiti za čak 45%.
Pronalazak bi nizozemskog inovatora Daana Roosegaardea,
gotovo doslovno „usisao“ nebo nad gradovima. On planira
razviti niz parkova koji će sakriti polja od bakrenih svitaka, koji
će kao pročišćivači zraka koristiti statički nabijene pozitivne
površine da usišu čestice ugljika iz atmosfere. Tijekom godine,
kada pilot projekt postane operativan, očekuje se da će
stvoriti 40 metara široku rupu čistog zraka s oko 75% manje
onečišćenja. Također postoje planovi za prikupljenu čađu: dio
nje obradio bi se u umjetne dijamante, što je alkemijski trik
gotovo jednako impresivan kao usisavanje smoga. Ako plan
uspije, Peking bi čak i mogao postići svoj cilj da postane grad
bez smoga do 2017. godine.
16
MODerNA VOziLA = čišći zrAk
zbog činjenice da je prijevoz odgovoran
za 30% onečišćenja zraka, kvaliteta
zraka također može biti poboljšana
smanjenjem emisija automobila. Nekoliko
je inovativnih auto dijelova stvoreno u tu
svrhu, uključujući i ekološki prihvatljive
katalizatore koje je razvio BASF, te koji se
sada uspješno koriste u stotinama tisuća
automobila. Filtar instaliran u ispušni
sustav vozila provodi kemijsku reakciju
u više koraka dok je u pogonu. tijekom
tog procesa, tri ključna spoja u sustavu
emisije (ugljikovodik, ugljični monoksid i
dušikov dioksid) gotovo se u potpunosti
pretvaraju u ugljikov dioksid, dušik i vodu.
Poznata tvrtka u kemijskoj industriji razvija
katalizatore i za dizel vozila i motocikle,
što također može pripomoći u postizanju
vrlo niskih razina emisije. Njihovo najnovije
rješenje za smanjenje onečišćenja zraka je
PremAir®, patentirani premaz katalizatora
koji tretira ozon niže razine, glavni sastojak
smoga, te ga pretvara u kisik. Dok zrak
struji iznad obloženog radijatora u vozilu,
PremAir® katalizira reakciju koja pretvara
ozon u kisik. Ovaj se proces kapitalizira na
velikom volumenu zraka koji prolazi kroz
radijator vozila.
znatno smanjuje ako umjesto fosilnih
goriva počnemo koristiti alternativna.
za sada, električni i hibridni automobili
su vodeće alternative tradicionalnim
motornim vozilima. U tu svrhu, istraživači
su napravili automobile koje pokreće voda
(točnije: vodik dobiven elektrolizom vode)
ili komprimirani zrak. za više informacija
o budućnosti prijevoza, pročitajte naš
članak pod naslovom „Nove perspektive
u prometu“.
Onečišćenje zraka vozilima također se
zbog činjenice
da je prijevoz
odgovoran za 30%
onečišćenja zraka,
kvaliteta zraka također
može biti poboljšana
smanjenjem emisija
automobila.
17
„keMijA zrAkA“
zrak je puno složeniji sustav nego što mislite: njegovi glavni
sastojci su dušik (78%) i kisik (21%), ali on također sadrži
nekoliko plinova stalnih i promjenjivih koncentracija iz raznih
prirodnih i umjetnih izvora. Na primjer, sumporov dioksid (SO2)
može se pojaviti uslijed vulkanske aktivnosti, ili pak zbog
ispušnih plinova i izgaranja ugljena. Potonji uvijek izaziva veće
koncentracije sumporovog dioksida zimi, što potiče poteškoće
u disanju kod ljudi oboljelih od astme.
zrak uvijek sadrži vodenu paru i kapljice vode, u kojoj se gore
spomenuti plinovi otapaju, što uzrokuje nastajanje kiselina, ali i
(78%)
N
+
niz drugih reakcija koje su moguće u slučaju otapanja plinova.
U hladnijim krajevima mali ledeni kristali su također prisutni
u zraku. Površine ledenih kristala izvrsni su katalizatori koji
pogoduju razgradnji ozona.
Među ostalim čvrstim tvarima (netaložne) čestice su najopasnije
za zdravlje, posebno PM2,5 odnosno čestice koje imaju
promjer manji od 2,5 mikrona. One ulaze u pluća i prenose
metale i organska zagađivala vezana na njihovoj površini u
tijelo.
(21%)
O2
+
SO 2
18
19
Moderni gradovi budućnosti
Iznimno velik porast svjetske populacije utječe na povećan broj
gradova i porast površine gradova. Izračuni pokazuju da će do
2050. godine 75% čovječanstva živjeti u ogromnim megalopolisima.
Ovaj predvidljivi proces pokrenuo je rasprave među znanstvenicima
o podnošljivim gradovima. Znanstvenici razvijaju nove tehnologije
koje će nam u budućnosti pomoći živjeti u inovativnom i održivom
urbanom okruženju koje će moći zadovoljiti društvene potrebe.
Novi pristupi
gradovima
Premda je uvriježeno mišljenje da su tvornice i industrijska
postrojenja odgovorna za onečišćenje okoliša, odgovornost je i
na velikim gradovima.
Možda je nevjerojatno, ali u velikim se gradovima troši dvije
trećine ukupne svjetske potrošnje energije. Trenutno, najveći
grad na svijetu je Tokio, gdje živi gotovo 13 milijuna ljudi, što
čini 10% stanovništva Japana. Prethodna vas činjenica više
ne iznenađuje, zar ne? Glavna pitanja istraživača su: što bi
trebalo razvijati da bi se smanjila potrošnja energije u tim
velikim gradovima te koji se postupak može koristiti kako bi se
prenaseljene gradove učinilo podnošljivima za život.
Mnoga rješenja leže u zgradama. Ogromni neboderi dosad su
bili isključivo arhitektonski spektakli te su im se divili samo zbog
visine, ali nove generacije zgrada su različite. Na primjer, divovski
neboder u Londonu pod nazivom Shard nije samo komercijalni
i uredski blok koji djeluje samo tijekom dana, nego i “okomito
selo”: unutra se nalaze stanovi, restorani, kao i hotel. Najviša
zgrada na svijetu, Burj Khalifa u Dubaiju, visoka 828 metara nudi
još više: sadrži apartmane, trgove, parkove, restorane, hotele
i trgovine, sve u istoj zgradi. Svi oblici socijalizacije nalaze se
jednoj zgradi, pa ako želite popiti šalicu kave, ne morate otići do
sljedeće ulice u kafiće: samo uđete u dizalo i odete na drugi kat.
Trenutno, najveći
grad na svijetu je
Tokio, gdje živi gotovo
13 milijuna
ljudi, što čini
10%
stanovništva
Japana.
20
One World Trade Center
Jedan od najviših nebodera
u SAD-u i svijetu visok je
541 metar, a
2013. godine u
završen je
New Yorku.
Koristeći zelenu tehnologiju
BASF-a, stvorena je snažna i
izdržljiva struktura.
Beton Green Sense Concrete
uštedio je zahvaljujući
više
od 113 500 litara
ekološkom pristupu,
pitke vode, što je dovoljno da
ispunite
6000 kada.
S ovom novom tehnologijom,
osam milijuna kilovat-sati
energije može biti ušteđeno,
što je gotovo 340
000
kilograma fosilnih
goriva, kao i više od 5 milijuna
kilograma emisija CO2 koje se
mogu spriječiti.
Dizajneri planiraju ne samo inovativne
zgrade, već i projekte veličine gradova.
U Južnoj Koreji, međunarodna poslovna
zona Songdo gradi se na 610 hektara, te
se za nju planira da bude najnapredniji,
visokotehnološki i ekološki grad na
svijetu, sa stambenim kućama, školama,
bolnicama, poslovnim zgradama i
kulturnim objektima. Ovo je prvi svjetski
potpuno umreženi grad, u kojem se sve,
od narudžbi namirnica do medicinskih
pregleda može obaviti na daljinu, putem
računalne mreže. Grad će imati 40%
zelenog pojasa i pješačkom i biciklističkom
prometu dat će se velika važnost. Osim
estetskih aspekata, parkovi će spriječiti
nastanak urbanih toplinskih otoka, gdje je
temperatura povišena zbog zgrada i dovodi
do pogoršanja kvalitete zraka. Cijeli se grad
izgrađuje prema ekološkom dizajnu koji
uključuju zelene krovove s biljkama kako bi
se spriječilo otjecanje oborina i promicala
biološka raznolikost, energetski učinkovite
LED semafore, čak i podzemne sustave
prikupljanja otpada koji će eliminirati potrebu
za kamionima za odvoz smeća. Inteligentno
urbanističko planiranje osigurava kratke
udaljenosti, sofisticirani sustav recikliranja
i ekološki gradski prijevoz. Desalinizirana
morska voda ulazi u lanac opskrbe vodom
te pokriva polovicu gradskih potreba za
vodom. Slični su eko-gradovi već u izgradnji
u Kini i Indiji.
Masdar City
Najveći ekološko orijentirani eko-grad na svijetu
se gradi u Arapskim Emiratima. Trošit će četvrtinu
energije i vode grada slične veličine; 2 milijarde tona
sirove nafte bit će ušteđeno u 25 godina. Kako će
se to postići? Prema planovima, postojat će veliki
kišobran, poput solarne ploče iznad grada, koji će
proizvoditi energiju tijekom dana, a tijekom noći
biti zatvoren. Postrojenje će pomoći uštedjeti oko
175 000 tona CO2 svake godine. Osim solarnih
projekata elektrana, Masdar također razvija jednu
od najvećih svjetskih planiranih elektrana na vjetar
na moru. Naravno, stavili su dodatan naglasak na
materijale zgrada, u kojima im pomažu BASF-ova
inovativna građevinska rješenja. Na primjer, materijali
koji mijenjaju fazu ugrađeni u žbuku i gipsane ploče,
ili polistiren i poliuretan koji se koristi za pjenu za
izolaciju može ponuditi alternativu klima-uređajima.
Osim toga, crni pigmenti koji se koriste za krovne
obloge apsorbiraju samo malu količinu infracrvenih
zraka te na taj način sprečavaju zagrijavanje
tamnih površina. Osim uštede energije, otpad se
sortira i reciklira, a organski otpad će se koristiti za
kompost. Grad također provodi ekološki orijentirane
transportne koncepte. Do trenutka kad bude u
potpunosti izgrađen 2025. godine, za grad se
očekuje da će imati 40.000 stanovnika i zapošljavati
50.000 radnika.
Osim prilagodbe luksuznih građevina ekološkim načelima izgradnje
i stanovanja, dizajneri razmišljaju o sirotinjskim četvrtima, bez struje
i čiste vode koje su jako izložene učincima prirodnih sila. Inovacije
bi omogućavale brze i jeftine konstrukcije, dok stabilne i fleksibilne
strukture omogućavaju stvaranje sigurnih kuća za ljude. Na primjer,
u Mexico Cityju, 10 000 novih domova izgrađeno je korištenjem
BASF betonskih aditiva, koji smanjuju vremenski period očvrščivanja
betona i izgradnju zgrada čini jeftinijom.
21
Teraformiranje - Preselimo
se na drugi planet!
Čovječanstvo je svjesno činjenice da “prerastamo” zemlju, pa
smo započeli potragu za drugim mjestima za život na drugim
nebeskim tijelima. Do sada, izraz teraformiranje se uglavnom
koristio u znanstveno-fantastičnim filmovima, ali moguće je
da će čovječanstvo moći mijenjati atmosferu, temperaturu i
topografiju planeta u budućnosti pomoću otkrića znanosti i
tehnologije, kako bi ih se napravilo pogodnima za život. Među
trenutačno poznatim planetima, Mars se čini najprikladniji
s ove točke gledišta, unatoč činjenici da je prosječna
temperatura -60 stupnjeva, a svjetlosti također ima manje.
Odlučne istraživačke skupine već su razvile plan za provedbu
u više koraka. Prvo, temperatura bi trebala biti povišena,
što bi dovelo do taljenja leda i ispuštanja ugljikovog dioksida
vezanog u tlo. Ogledala postavljena u orbitu oko Marsa mogla
bi još više povećati efekt staklenika. Nakon toga, biljke će biti
posađene kako bi proizvodile kisik.
Izgradnja u budućnosti
Zbog zaštite okoliša i energetske svijesti, inovativna
arhitektonska rješenja postaju sve važnija, zbog toga što
je glavni razlog za onečišćenje zraka u velikim gradovima
s milijunima stanovnika emisija onečišćujućih tvari zbog
korištenja energije u kućanstvima. Rješavajući ovaj problem,
javile su se tzv. pasivne kuće koje postaju sve češće. Te
zgrade su posebne jer su građene od ekološki prihvatljivih
materijala, pri gradnji su korištene ekološki prihvatljive
tehnologije koje pridonose uštedi značajne količine energije
uz istovremeno smanjenje zagađenja okoliša. Ovaj proces
se najbolje postiže smanjenjem ili potpunim uklanjanjem
sustava grijanja, za što se koristi moderni izolacijski materijal.
BASF Neopor izolacijska pjena je jedan od tih materijala:
drukčija je od drugih materijala slično napravljenih za
izolaciju, jer su čestice grafita izmiješane u pjenu sa sirovinom
polistirena koji odražava toplinsko zračenje. Važno je da ne
sadrži halogenirane ugljikovodike, tako da je više ekološkiprihvatljiva. Izolatori izrađeni od ovog materijala su 20%
efikasniji od drugih izolatora. Protiv gubitka topline kroz
prozore razvijen je trostruko ostakljen, poseban plastični
prozorski sustav, koji nudi 20% bolju izolaciju ako se na staklo
stavi BASF-ov premaz folije s posebnim pigmentima. Osim
toplinske izolacije, način korištenja topline je također važan.
Ako ste ikada vidjeli takvu zgradu, vjerojatno ste primijetili
solarne ploče postavljene na krovove; ali uz korištenje solarne
energije, toplina tla također se koristi u sustavima grijanja.
22
Zid za pohranu
topline
Zvuči nevjerojatno, ali BASF je pronašao rješenje i za ovo!
Tu je materijal koji mijenja fazu unutar gipsanih ploča koji
apsorbira toplinu tijekom dana i koristi je tijekom noći.
Kako je to moguće? Mikrokapsulirani parafin apsorbira
toplinu koja kasnije otpušta. Materijal se topi na 23-26
stupnjeva, a zbog promjene faze upija značajnu količinu
topline iz okoline te na taj način temperatura prostora
ostaje ista. Kasnije, tijekom noći, - zbog pada temperature
- parafin očvrsne i otpušta pohranjenu toplinsku energiju
u okolinu.
Razvoj nikada ne prestaje: prema
najnovijim istraživanjima, ultramoderni izolacijski materijali moći
će transformirati čak i zvučne
valove u temperaturu. Osim
inovativnih građevinskih materijala,
voditelji razvoja također razmišljaju
i o izgledima kuća. Koristeći
nanotehnologiju, znanstvenici su
izmislili poseban zaštitni sloj koji
sprječava da se čestice zalijepe na
površinu, tako da nema onečišćenja
na vanjskoj strani zgrade. BASF
zidna boja ima hidrofilna svojstva
što znači da privlači vodu. Kao
rezultat toga, ako pada jaka kiša,
kapi se šire na površinu zida i
odmah ispiru prljavštinu koja se
drži. Nakon kiše, tanki sloj vode
brzo isparava, čime se sprječava
nastanak plijesni i algi.
Zahvaljujući nanotehnologiji, u
budućnosti nećemo trebati rolete
u budućnosti, jer se javlja sve više
i više inteligentnih stakala koja
prenose svjetlo, ali ne i toplinu. U
jednom eksperimentu poseban je
gel stavljen između dva stakla ili
su različiti spojevi pomiješani na
staklenom materijalu, kao što su
halogenidi srebra koji potamnjuju
ovisno o intenzitetu svjetlosti, ali
u ovom se slučaju toplina prenosi
kroz staklo. Istraživanje je u takvoj
naprednoj fazi da je razvijena
struktura obogaćenog stakla
niobijeva oksida u kojoj su stavljeni
nanokristali indij-kositar-oksida.
Ova kombinacija je u stanju odvojiti
i regulirati rasipanje vidljive svjetlosti
i infracrvene topline. Tako ljeti koči
infracrvene toplinske zrake od
ulaska u sobu kroz staklo, ali zimi
zrake mogu ući. To može značajno
smanjiti potrošnju energije. Sada
je proizvodnja ove tehnologije vrlo
skupa, ali je moguće da će postati
izvediva u budućnosti.
23
?
Jeste li znali
• Biomimetika je spajanje biologije i
inženjerstva. Njen glavni cilj je kopirati
izume prirode promatranjem strukture i
mehanizama organizama. Arhitekti željno
istražuju građevinske strategije termita,
zato što su ova malena stvorenja uspjela
izgraditi humke s dimnjacima za hlađenje i
grijanje koji se mogu zatvarati i otvarati, u
kojima mogu uzgajati svoju glavnu hranu,
jednu gljivu, koja je izuzetno osjetljiva na
temperaturu. Kopiranjem ovog koncepta,
troškovi energije zgrada mogli bi biti
znatno umanjeni.
Pri planiranju nove zgrade, dizajneri sve više uzimaju u obzir
povećani broj potresa i razvijaju razne tehnologije protiv
njih. Gradnja zidova otpornih na vibracije od presudne je
važnosti, što se može postići ugradnjom fleksibilne drvenih
i čeličnih greda i stupova. Osim toga, struktura od čelika
ugrađena u podnožje kuće osigurava apsorpciju vibracija
zemlje. Lagane kuće i kuće izrađene od čelika ne raspadaju
se poput kuća od tvrde cigle.
24
Pametni beton
Nakon vode, beton je najčešće korišteni materijal u svijetu, stoga je bilo važno da ga BASF razvije.
Dodaci i materijali za popravak betona olakšavaju proizvodnju betona, koji je također postao otporniji,
čime je moguće smanjiti potrošnju resursa i energije. Također se produžio život zgrada te se skratilo
razdoblje izgradnje.
25
Namještaj novih
dimenzija
Recikliranje papira provodi se evidentno
u cijelom svijetu, razmislite o činjenici
da je za proizvodnju jedne tona papira,
potrebno 300 tona vode! Već sada
možemo pronaći knjige, novine, pa čak i
WC papir izrađen od recikliranog papira.
Ideje su preispitali dizajneri i namještaj
izrađen od papira pojavio se na policama.
Možda zvuči nevjerojatno, ali trajniji je
nego što mislite. Da ne spominjemo da
prijevoz tog laganog namještaja zahtijeva
manje energije i može se ponovno
koristiti nakon što je bačen. S obzirom
da se dijelovi namještaja mogu sastaviti
lijepljenjem i presavijanjem, svatko ih
može lako ih složiti kod kuće.
BASF programeri su razmotrili drveni
namještaj iz perspektive zaštite okoliša.
Razvili su Kaurit @Light drvni materijal,
koji čini ploče za namještaj 30% lakšima,
a njihova nosivost ostaje ista. Proizvođači
vole nove ploče izrađene od spojenog,
pjenastog polimera i Kaurit@ ljepila,
jer su laganije, pa su troškovi utovara i
rukovanja također manji te zahtijevaju
manje ambalaže.
U domovima budućnosti plastika će
imati sve veću ulogu. Plastika-materijal
koji je stvorio čovjek okružuje nas u svim
područjima našeg života. Proizvođači
namještaja također vole ovaj materijal,
Recikliranje papira
provodi se evidentno
u cijelom svijetu,
razmislite o činjenici
da je za proizvodnju
1 tone
budući da je zbog tehnologije, i ona
doživjela inovativni razvoj. BASF je
razvio “ultra” tekuću plastiku, koja zbog
specifičnih nanočestica postaje još dva
puta rjeđa na 230 stupnjeva u odnosu
na druge slične proizvode. Na taj način,
energija se može uštediti kod proizvodnje.
Nadalje, kada se oblikuje, nova plastika
se brzo stvrdnjava, tako da je i proces
proizvodnje kraći. Nagrađivani dizajn
MYTO stolica je izrađen od tog materijala,
a stolica je izrađena iz jednog komada
plastike, što znači da ne sadrži metalne
vijke. Stoga su dizajneri stvorili istinski
ekološki, jaki namještaj neobičnog oblika
koji je lako reciklirati.
potrebno
300 tona
vode!
papira
26
Materijali koji sami
sebe popravljaju
Znanstvenici su stvorili dvije nove vrste polimera
u odjelu sintetičkih polimera. Oni su super jaki,
sami se popravljaju, a mogu se čak
i reciklirati.
Lagana, čvrsta tvar pod nazivom Titan formira se od kondenzacije paraformaldehida i oksidianilina na
250 stupnjeva. Drugi tip, Hydro, je vrlo elastičan gel, koji se proizvodi na niskoj temperaturi. Oba se
mogu reciklirati i ne otapaju se, ali u kiseloj sredini postaju plastični i mogu se biti ponovno formirati.
Ne pucaju, dakle mogu izazvati revoluciju u proizvodnji aviona i automobila, kao i cijeloj industriji
elektronike. Ponovnim formiranjem ovih materijala, nove polimerne strukture mogu se stvoriti, te su
50% jače i lakše također.
27
Ne bacajte otpad!
S inovativnim urbanim razvojnim inicijativama znanstvenici
pokušavaju učiniti sve kako bi stvorili više održiv svijet, ali su
njihovi napori besmisleni ako čovječanstvo ne može promijeniti
stil života. Ljudi, posebice stanovnici velikih gradova žive
rasipnim načinom života: koriste previše energije i vode,
proizvode mnogo nepotrebnih dobara što rezultira u prevelikoj
ponudi, a na taj način i proizvode puno otpada. Srećom, postoji
nada, jer se “nusproizvodi”, zapravo otpad koji proizvodimo,
mogu reciklirati na prilično iznenađujuće načine, samo trebamo
biti odlučni i kreativni. Visokotehnološki razvoji također su se
pojavili u području gospodarenja otpadom i postrojenja za
obradu otpadnih centra, te je i modernizacija alata koji se koriste
za prijevoz i preradu već počela.
što znači da se ti materijali ponovno pretvaraju u nove proizvode
ili sirovine ili energije. Proces nastoji spasiti zemljine resurse
i koristiti manje drva, vode i energije. Da bi se to postiglo,
razvijena je strategija gospodarenja otpadom prema 3 glavna
načela. Pogledajmo što to znači! Prvi zadatak je smanjiti količinu
otpada i, ako je moguće, izbjegavati njegovo stvaranje. Sljedeći
je ponovno korištenje materijala u izvornom ili modificiranom
obliku. Treći je recikliranje, što znači da se materijal ponovno
koristi u drugom obliku. To su sve korisne i zelene opcije te
ako se ljudi usredotoče na njih, možemo napraviti veliki korak
naprijed kako bi se spriječio problem. Također možemo
pridonijeti tome na dnevnoj bazi! Odvojeno prikupljanje već
prevladava u kućanstvima, ali nažalost svi ne shvaćaju taj posao
ozbiljno.
U Europskoj uniji proizvede se 1,3 milijarde tona otpada
godišnje. Znajući to, bitno je razviti i predstaviti nove i inovativne
tehnologije kako bi se proizvodilo manje otpada, kao i reciklirati,
?
U Europskoj uniji
proizvede se
1,3 milijarde
tona otpada
Jeste li znali
• Kompresiranjem PET boca:
trošak prijevoza - 75%
količina otpuštenog CO2 - 50-90%
može biti smanjena zbog manje potrebe za
prijevozom. Dio njih ponovno rabi tekstilna
industrija kao sirovina za odjeću (na primjer
kao runo).
GODIŠNJE
Odvojeno prikupljanje je puno
učinkovitije od tradicionalnog
prikupljanja otpada, budući da
daljnja obrada, recikliranje i uporaba
sirovina iz otpada postaje moguća.
28
rješeNje
je U
SPOjeViMA
takav način prikupljanja također smanjuje količinu otpada
koji se odlaže na odlagališta, stoga se produljuje životni
vijek odlagališta. Sljedeći materijali se prikupljaju odvojeno:
plastika, staklo, metal i papir. Moramo imati na umu da rabljeni
elektronički uređaji mogu sadržavati štetne tvari (olovo, živu,
krom) koje mogu onečistiti vodu ili zrak te mogu uzrokovati
daljnje probleme. ekološko gospodarenje otpadom uključuje i
kompostiranje, zbrinjavanje i manje poželjnu metodu, spaljivanje
otpada.
Organski biljni otpad sam se razgrađuje u prirodi, ali možemo
ga također koristiti kao kompost. Da bi taj proces učinio lakšim,
BASF je stvorio vreću za smeće koja se pretvara u kompost. No
kako se plastična vrećica razgrađuje? rješenje je u spojevima
od kojih je izgrađena plastična vrećica za smeće. jedna od
komponenti je plastika koja se razgrađuje, djelomično na bazi
nafte, koju je razvio BASF, a druga je polimliječna kiselina, koji
je dobivena iz kukuruznog škroba. Ova kombinacija stvara
fleksibilnu plastiku iz koje se mogu proizvoditi vreće za smeće.
U kontroliranim uvjetima, kao što su povišena temperatura
i vlažnost zraka, kao i pod određenim vrijednostima kiselina
industrijskih mikroorganizama koji stvaraju kompost, gljivice i
bakterije materijal pretvaraju u biootpad, vodu, ugljični dioksid i
biomasu, odnosno vrijedni kompost. Ova plastika ne služi samo
kao kompost, nego je također dobra za proizvodnju bioplina.
Bioplin nastaje kada anaerobne bakterije koje ne zahtijevaju
zrak za metabolizam i reprodukciju razgrade organski materijal.
Plinska mješavina proizvedena na ovaj način sadrži oko 45-70%
metana, koji se može koristiti zbog visokog sadržaja energije.
Dakle, na mnogim stočnih farmama postavljeni su bioreaktori za
proizvodnju energije za farme u duhu samoodrživosti.
29
kUćA OtPADA
Mađarski izum proizvodi plastične daske iz otpada. zove se SyLrOCk i homogeni je
materijal koji je otporan na kiseline, lužine i vodu, a vrijeme razgradnje je 400 godina, što
znači da je vrlo izdržljiv. za proizvodnju, koristi se ne samo otpad iz domaćinstava, već i
industrijski otpad. Njegove mogućnosti primjene su beskrajne, na primjer od njega može
biti izrađen vrtni i ulični namještaj. za proizvodnju jedne ploče potrebno je 340 kg smeća,
što je puno ali na sreću ili na žalost, zapravo, svugdje postoji dosta otpada: samo u
europskoj uniji 1
milijun kilotona otpada čeka obradu.
keMijA
PLAStike
S kemijskog stajališta, plastike su vrlo različite skupine
spojeva, zapravo se radi o makromolekularnim
strukturama. Makromolekule su spojevi visoke
molekulske mase i sadrže jednu ili više osnovnih
građevnih jedinica. Mogu sadržavati tisuće tih jedinica
koje su međusobno povezane. Naravno, molekule
plastike nikad nisu iste veličine, ali većina ih ima
prepoznatljivu prosječnu molekulsku masu.
PREMA OBLIKU:
1. Linearne
PLASTIKA SE DIJELI
PREMA PODRIJETLU:
2. Razgranate
3. Umrežene
1. Pretvorene iz prirodnih
makromolekula (biljne celuloza, škrob, životinjske protein)
2. Umjetne (polikondenzacija
ili lančani polimeri)
PREMA
MOGUĆNOSTI
PRERADE:
1. Termoplastične
2. Termoreaktivne
30
U posljednjih 15
godina, uporaba
biopolimera
raste više od 10%
godišnje
Svojstva osnovne plastike mogu se modificirati uz pomoć
nekoliko aditiva kao što su plastifikatori, katalizatori, inhibitori
korozije, usporivači plamena, punila / graditelji, lubrikanti,
inhibitor starenja, itd.
Danas biorazgradivi polimeri, ukratko biopolimeri, postaju sve
više i više značajni, od kojih su najčešće sirovine škrob i (poli)
mliječna kiselina. U posljednjih 15 godina, uporaba biopolimera
raste više od 10% godišnje.
Polimliječna je kiselina obećavajuća sirovina koja se može
koristiti na mnoge načine. Uz odgovarajuće uvjete, raspada
(hidrolizira) se na jedinice mliječne kiseline relativno brzo, te su
konačni produkti prirodne degradacije voda i ugljični dioksid.
Plastični aditivi i pigmenti
31
Rastuća populacija ljudi zahtjeva sve veću potražnju
za energijom, što znanstvenicima predstavlja izazov. U
znanosti se razvilo puno metoda kako inovativno rabiti
energiju i kako učinkovitije iskoristiti obnovljivu energiju.
Pročitajte o revoluciji u osvjetljenju, izvorima svjetlosti koji
zahtijevaju manje i manje energije, gotovo beskrajnim
mogućnostima alternativnih energija i o uštedi energije i
ekološki prihvatljivim metodama prijevoza.
32
PAMetNA eNerGijA
33
Ispitivani izvori energije
Znanost može ponuditi ogromnu pomoć u inovativnom korištenju
energije. Jedan od primarnih ciljeva znanstvenika je razviti
alternativne metode za korištenje već postojećih izvora energije
na učinkovitiji i ekološki prihvatljiv način u budućnosti, kako bi
osigurali održivi razvoj na Zemlji.
Odakle dolazi energija
i kamo ide?
Tisućama godina ljudi su se oslanjali na
vlastite snage. Kasnije su koristili strojeve
koje su pokretale životinje. Međutim,
danas se teško može naći uređaj koji
radi bez modernih goriva. Kuhinjski
aparati, televizori, računala i rasvjeta
treba struju, a naša vozila također trebaju
sintetska goriva, koja su proizvedena
na industrijskoj razini. Jedini problem s
navedenim jest da čovječanstvo koristi
fosilna goriva da bi ih proizveo: dobivamo
energiju izgaranjem ugljena iz rudnika
i nafte. Zbog porasta populacije i sve
većeg broja suvremenih gradova, naša
se potrošnja energije značajno povećala:
domovima je potrebno grijanje i hlađenje,
javne zgrade i industrijska postrojenja
zahtijevaju sve više i više energije, javni
prijevoz mora biti osiguran, a na kraju
je tu i javna rasvjeta, koja troši polovicu
energije koju grad treba.
Zbog sve većeg korištenja energije,
energetske rezerve Zemlje se polako
iscrpljuju, i ubrzo ćemo ostati bez fosilnih
goriva, koja se ne obnavljaju lako, jer su
potrebne tisuće godina za razgradnju
biljaka i životinja duboko u zemlji da
bi se preobrazile u energetski bogate
materijale, mineralna ulja i ugljen. Da ne
spominjemo činjenicu da je prekomjerna
potrošnja energije ozbiljan čimbenik
onečišćenja: dim tvornica i ispušni
plinovi automobila sadrže velike količine
ugljikovog dioksida i raznih drugih
onečišćujućih tvari, kao i stakleničkih
plinova koji se ispuštaju u atmosferu, koji
su ozbiljan utjecaj na budućnost našeg
planeta.
Znanstvenici su još prije nekoliko
desetljeća to shvatili, te zato privlače
svačiju pažnju na potrošnju koja štedi
energiju. Razvijaju inovativne i vizionarske
energetske koncepte za budućnost.
Njihovi ciljevi su pronaći načine za
učinkovitije korištenje postojećih izvora
energije i poboljšati održivost alternativnih
izvora energije.
OGROMNA
količinA
fosilnih goriva koju
smo potrošili u
prošlom stoljeću
34
Naša jedina šansa:
korištenje obnovljivih
izvora energije
Energija vjetra
Takozvana obnovljiva energija koja proizlazi iz interakcije
prirodnih fenomena se stoljećima koristi u manjoj mjeri: energiju
vjetra i vode koriste mlinovi, dok se solarna i geotermalna
energija koristi za zagrijavanje vode. Vrijeme je da se ponovno
otkriju ova rješenja, jer imaju puno više potencijala i znanost
nam može pomoći da ih bolje iskoristimo, tako da možemo
proizvoditi električnu energiju na ekološki pogodan način.
Jedan od obnovljivih izvora energije je vjetar, koji
je ponovno otkriven u posljednjih desetljeća i
stvara se sve više i više vjetroelektrana pomoću
moderne tehnologije kako bi se iskoristio
ogroman potencijal vjetra. U 2013., kapacitet
energije vjetra bio je 318 GW, što je gotovo deset
puta više nego što je to bilo prije deset godina.
Činjenice i brojke
Energija vjetra se prikuplja i obrađuje u farmama vjetra,
u kojima se mnoge vjetroelektrane nalaze jedne pored
drugih. Njihov rad je vrlo jednostavan: oštrice koje hvataju
vjetar su spojene na turbine koje proizvode električnu
energiju. Čista energija može biti stvorena ne samo za
stambene objekte, već i za cijele gradove. Proizvodnja
struje od vjetra u Rumunjskoj je izvanredna među
zemljama srednje i istočne Europe. Zemlja je povećala svoj
kapacitet skupljanja energije od vjetra 1,5 puta u godini,
dakle 2013. godine njene vjetroelektrane su već proizvele
2.99 MW energije.
9% - Očekuje se da će
više od 9% globalne
energije do 2020
dolaziti od energije
vjetra. Trenutna je
brojka oko 2,3%.
50% - Danska je
već svjetski lider u
energiji vjetra i gotovo
jedna trećina njenih
energetskih potreba
dolazi od vjetroturbina.
Ovaj će se omjer brzo
povećati na 50%.
35
inovativni materijalI se
koristE za vJetroturbine
90 metara
Materijali i trajnost lopatica uvelike utječu na učinkovitost
vjetroturbina, zbog toga što na visinama od 90 metara
vjetroturbine mogu biti izložene brzinama vjetra
od 300 km/h. Zato su inženjeri BASF-a, njemačke
kemijske tvrtke, razvili visokotehnološki premaz koji je
fleksibilan, otporan i odbija sunčeve UV zrake. Zaštitni
premaz Relest® ostaje stabilan čak i u ekstremnim
vremenskim uvjetima i ne odvaja se od lopatica te
time produžava vijek trajanja lopatica, što ima za
posljedicu jeftiniju proizvodnju ekološki prihvatljive
energije. Osim toga, u vjetroelektranama se koristi
mnoštvo inovativnih materijala BASF-a, kao što su
sustavi s dvije komponente, koji se sastoji od epoksi
smole i učvršćivača za proizvodnju lopatica rotora i
specijalnih materijala za učvršćivanje tornjeva i baza. Ova
poboljšanja omogućuju izgradnju kolosalnih vjetroturbina:
trenutni rekorder je vjetroturbina s promjerom od 127
metara, koja ima 60-metarske lopatice turbina.
brzina vJetra od
300km/h
Prikupljanje energije
vjetra iznad oblaka
Industrija energije vjetra se ubrzano razvija: ideje iskorištavanja
vjetra iznad oblaka su već u fazi razvoja. U budućnosti
bi se zmajevi, svjetla zrakoplova i baloni mogli koristiti za
proizvodnju energije. Inovacija Wind Turbine Airborne je jedna
od tih budućih elektrana. Visoka je deset metara, oblika
cilindrične turbina ispunjene helijem, koja ima propeler u
sredini. Uređaji s helijem mogu se dizati i do 300 metara, gdje
su vjetrovi jači, dakle više se energije može skupiti. Električna
energija koju proizvode propeleri doseže jedinicu generatora
na terenu putem kabela.
36
Solarna energija
Druga je čista energija solarna, koja se
može koristiti zbog posebne opreme.
Solarne ploče pretvaraju Sunčevu
energiju u toplinu, a druga je solarna
ćelija koja proizvodi električnu energiju od
Sunčeve energije. Danas nije iznenađenje
vidjeti takve staklena čuda na vrhu kuća,
jer je njihova ugradnja postala jeftinija
i također mogu lako biti priključena na
sustav opskrbe električnom energijom
kuća. Korištenje solarnih ploča u
domovima dobra je smjernica iz više
razloga: ne samo zato što štedimo novac
na računima za struju već možemo i
zaraditi novac korištenjem solarnih ploča.
Višak energije koju ljudi proizvode, ali ne
koriste može se prodati dobavljačima
električne energije. Korištenje solarne
energije u industrijskim razmjerima još
je korisnije. Dakle u zemljama gdje ima
mnogo sunčanih razdoblja, grade se
ogromne solarne farme, gdje se može
napraviti čak 120.000 solarnih ćelija koje
su u stanju proizvesti 2.000 MW energije
godišnje. Ova je količina dovoljna za
opskrbu 700 tisuća domova električnom
energijom.
No kako se struja proizvodi od Sunca?
Solarna ćelija, odnosno fotonaponska
ćelija, jest električni uređaj koji izravno
pretvara energiju svjetlosti u električnu
energiju putem fotonaponskog efekta.
Proces pretvorbe prvo zahtijeva materijal
koji apsorbira Sunčevu energiju (fotone),
elektroni prelaze u više energetsko stanje,
pobuđeno stanje.
proizvod za solarne energije, kao što su
ploče i ćelije. Oni npr. proizvode kemijske
dodatke koji čine proizvodnju silicija
preciznijom i jeftinijom, a također su
razvili jedinstvene UV-stabilne plastične
materijale koji mogu zamijeniti aluminijske
okvire solarnih panela, pomoću kojih
su solarne ćelije bolje prilagođene
vremenskim uvjetima. Osim toga, niz
specijalnih ljepila i izolacijskih materijala
njemačke tvrtke osigurava trajnost
solarnih ćelija.
Fotonaponska tehnologija nije bila ni
učinkovita ili dovoljno isplativa da se
natječe s drugim izvorima energije. Dakle,
zadatak je znanosti razviti rješenja koja
pomažu solarnim elektranama konkurirati
konvencionalnim izvorima energije.
Budući da učinkovitost solarnih ćelija u
velikoj mjeri ovisi o kvaliteti materijala koji
su uključeni u proces, BASF kemijska
tvrtka razvija rješenja koja pomažu
proizvodnji energije kao što su silikonske
pločice i tankoslojne tehnologije i
37
?
jeste li znali
• Sunce sadrži nevjerojatnu
količinu energije: ukupna
godišnja potrošnja energije
čovječanstva bila bi potpuno
pokrivena energijom koju Sunce
proizvede u sat vremena kad
bi bili u mogućnosti u cijelosti
koristiti tu energiju.
činjenice i brojke
1248 gigavat
sati - u 2013.
u svijetu je
proizvedena ta
količina električne
energije u
solarnim
elektranama.
tu su i solarne farme, gdje se solarna energija usmjerava pokretnim
ogledalima koja se zovu heliostati, s kojima se izravno stvara toplinu.
Nazivaju se Solarnim termalnim farmama. Najveća svjetska solarna
farma, koja je velika 1500 hektara, u pustinji Mojave na granici kalifornije
i Nevade. kapacitet 300 000 ogledala je 392 MW, što je dovoljna količina
energije za 140.000 kućanstava. Najveća solarna termalna farma europe
je Planta Solar 10, koja se nalazi u Sevilli u španjolskoj.
SUNCe zAtVOreNO
U DiMNjAkU
Solarni vjetreni toranj, također poznat
kao solarni dimnjak, je nova alternativa u
području obnovljivih izvora energije. izum
se temelji na činjenici staroj tisuću godina
da se topli zrak diže. Funkcionira ovako:
zrak zagrijava solarna energija koja stvara
vertikalni protok zraka unutar tornja koji
pokreće vjetroturbine tornja, koje proizvode
energiju. trenutno, kina ima takav toranj,
ali i mnoge druge zemlje planiraju postaviti
slične kule, baš kao u australskoj pustinji,
gdje je zrak blizu tla jako vruć. Prema
planovima, ovaj će toranj biti jedan od
najviših zgrada na svijetu i njegova visina će
biti između 750 i 1000 metara.
38
Hidroenergija
Hidroenergija se razlikuje od drugih oblika obnovljivih izvora
energije jer nam je stalno na raspolaganju; vjetar ne puše
uvijek, a Sunce možemo očekivati samo tijekom dana, za
razliku od vode koja je stalno u optjecaju, stoga je mnogo
stabilniji izvor energije. Nije slučajno da je ova zelena energija
najraširenija: gotovo 20% svjetske električne energije
proizvodi se iz snage vode, što je oko 2030 TWh. To je sto
puta više od kapaciteta koji trenutno imaju vjetroelektrane.
Procjenjuje se da je svjetski kapacitet ukupne raspoložive
hidroenergije deseterostruki, dakle još uvijek postoje
neistražena polja. Zbog brzih planinskih rijeka, najveći
korisnici hidroelektrana su Norveška, Švicarska, Italija,
Švedska i Finska. Također je zbog toga Norveška svjetski
predvodnik u korištenju obnovljivih izvora energije.
Hidroenergija se iskorištava u hidroelektranama, gdje brane
obično blokiraju rijecni tok, a energija se riječne vode pretvara
u električnu energiju s vodenim turbinama i električnim
generatorima. Osim toga, tu su i elektrane valova koje koriste
energiju kontinuiranih valova mora. Iako je ovo područje još
uvijek nedovoljno iskorišteno, energetski stručnjaci tvrde da bi
se 15% svjetske električne energije moglo proizvoditi od valova
mora i oceana, što je ogromno, točno dvostruko više nego što
se trenutno proizvodi u nuklearnim elektranama diljem svijeta.
?
Sve to pokazuje da je zadaća današnjih i budućih inženjera
otkriti te tehnologije koje pruža priroda te uspostaviti učinkovitije
zelene elektrane pomoću modernih materijala i naprednih
računalnih sustava.
Činjenice i brojke
Jeste li znali
• Neiscrpna snaga vode se također može koristiti za
proizvodnju energije u rijekama koje sporo teku. Ova
metoda je prilično zaboravljena, međutim, već se
koristila u 1200-ima u plimnim elektranama. Stvar je
u tome da malene vodene turbine koriste energiju
kretanja vode između niske i visoke plime. Ovo
ekološko rješenje manje se koristi od 1800-ih, od
doba industrijalizacije jer nisu bili jednako učinkoviti
kao mineralna ulja i ugljen.
20% svjetske
godišnje
energije se
dobiva iz
hidroelektrana.
39
Energija iz
otpada
Bioplin je sve važniji čimbenik proizvodnje
energije. Može se proizvesti iz regionalno
dostupnih sirovina, kao što je reciklirani
otpad. Također je obnovljivi izvor energije
i u mnogim slučajevima ima vrlo mali
ugljični otisak. Bioplin nastaje kao
produkt anaerobnog procesa organskog
otpada pomoću anaerobnih bakterija ili
fermentacijom biorazgradivih materijala
poput gnoja, kanalizacijskog otpada,
komunalnog otpada, zelenog otpada,
biljnog materijala i usjeva. Plinovi metan,
vodik i ugljikov monoksid (CO) mogu
se spaljivati ili oksidirati s kisikom. Ovo
Energija je svuda, samo
trebate znati kako je
koristiti
Uz sva raznolika korištenja obnovljivih
izvora energije, kreativni znanstvenici su
u stanju proizvesti energiju na prilično
iznenađujuće načine. Na primjer,
za korištenje kinetičke ili mehaničke
energije potrebno je samo malo
mašte i neka inovativna znanstvena
rješenja. U nekoliko gradova senzori su
postavljeni u asfalt ili pločnik koji koristi
energiju iz stopa putnika. Najuspješnija
inicijativa bila je na Olimpijskim igrama
u Londonu. Od tad se energija kolnika
slično koristi u Izraelu, u Toulouseu u
Francuskoj, te u Tokiju. Štoviše, jedan
oslobađanje energije omogućuje da se
bioplin koristi kao gorivo, može koristiti
kao gorivo u kućanstvu (za kuhanje).
Također se može koristiti u plinskom
motoru za pretvaranje energije u plinu u
struju i toplinu.
?
kreativni vlasnik diskokluba stvorio
je prvi svjetski održivi plesni podij u
Nizozemskoj, koja prikuplja kinetičku
energiju iz pokreta plesača i proizvodi
električnu energiju generatorima.
40
Kinetičko
nogometno
igralište
Nedavno, otvoreno je prvo kinetičko nogometno igralište
u Brazilu. Ispod travnjaka postoji oko 200 pločica koje
skupljaju energiju koje koristi pokrete igrača za proizvodnju
električne energije. Solarne su ploče također postavljene
oko terena. 80% energije koja se koristi na terenu tijekom
dana proizvedena je od strane solarnih panela, dok
kinetičke pločice osiguravaju 100% energije tijekom noći.
Činjenice i brojke
53% - iznosi dodatna
količina energije koju će
čovječanstvo trebati do
2030. godine ako se
neće štedjeti energija.
16% - to je dodatna
količina energije koju će
čovječanstvo trebati do
2030. godine, ako će se
energija štedjeti.
Ne rasipajte!
Znanstvenici tvrde da se nadolazeća energetska kriza u
budućnosti samo djelomično može riješiti korištenjem obnovljivih
izvora energije i pametnih rješenja (vidi gore navedena): i
najmanja ušteda energije te smanjenje energetskih potreba
svijeta su jako važne. Prema izračunima, ako nastavimo rasipati,
energetske potrebe čovječanstva će se udvostručiti do 2030.
godine, što znači da će se emisija ugljikovog dioksida također
udvostručiti. Međutim, ako započnemo štedjeti energiju,
energetska će se potražnja povećati samo za 16%.
Stanovnici gradova snose veliku odgovornost vezano za uštedu
energije, budući da se najveći dio energije koristi u velikim
gradovima. Industrijska postrojenja također se moraju promijeniti,
jer koriste mnogo više energije nego kućanstva. Njihov je zadatak
razviti svoje vlastite tehnologije i optimizirati svoje procese kako
bi smanjiti energetsku potražnju. Taj je proces već započeo,
mnogo je velikih industrijskih postrojenja prošlo modernizaciju za
uštedu energije.
ako započnemo
štedjeti energiju
energetska će se
potražnja povećati
samo za
16%
!
SAVJETI
za uštedu energije:
• Smanjite grijanje: Spuštanje temperature grijanja u vašem domu za samo 1.8°F (1°C) smanjuje troškove energije za 6%.
• Zamijenite konvencionalne žarulje ekološkim LED izvorima svjetlosti u vašem domu. Troše 90% manje energije i traju godinama!
• Kad grijete vodu, razmislite koliko točno trebate vode i kuhajte samo količinu koju ćete koristiti, jer se na taj način štedi ne samo energija već i voda.
• Zaboravite na stanje pripravnosti! Uređaji u stanju pripravnosti također utječu na električno brojilo, pa je bolje da uvijek izvučete utikač nakon što ste koristili električni uređaj.
• Modernizirajte izolaciju svog doma! U kućanstvima, najveće rasipanje energije uzrokovano je gubitkom topline, tako da je vrlo važno da su svi prozori i vrata dobro izolirani.
41
42
Kemija
solarne
ćelije
Solarne ćelije sadrže dvije vrste materijala,
koje se često nazivaju poluvodičima
p-tipa i n-tipa. Svjetlost određene valne
duljine može ionizirati atome poluvodiča,
čime incident fotoni stvaraju višak naboja.
Većina se nositelja pozitivnih naboja
(šupljina) može naći u p-sloju, dok se
negativni naboji (elektrona) mogu naći u
n-sloju. Iako, nositelji naboja dviju suprotno
nabijenih slojeva privlače jedni druge, oni
se samo mogu ponovno spojiti tečenjem
kroz vanjski krug zbog mogućih koraka
između dva nosioca.
43
Budući umjetni izvori svjetlosti
Inovativni razvoji također utječu na razvijanje rasvjete. Volfram
žarulje i halogene žarulje polako se zamijenjuju inteligentnim LED
i OLED svjetlima koji štede energiju. Danas se istražuju načini
osvjetljenja zatvorenih prostorija putem prirodnog svjetla bez
uporabe žarulja.
I bi svjetlost
Očito je da je žarulja, izum Thomasa Alve Edisona, u 19. stoljeću u potpunosti
promijenila svijet. U prošlosti, više se aktivnosti odvijalo tijekom dana za vrijeme
dnevnog svjetla: ljudi su išli na spavanje u ranim večernjim satima, a budili se u
zoru. Suvremeni ljudi koriste više umjetno svjetlo, umjesto da se prilagođavaju
prirodnim ritmu dana i večeri odnosno svjetla i tame. Naravno i tijekom dana
trebamo svjetlo sve do kasnih večernjih sati, budući da više ne provodimo
većinu naših večeri vani, već unutra, gdje u pravilu nema prirodnog svjetla.
Jedini problem jest da rasvjeta zahtijeva 19% Zemljine ukupne proizvodnje
električne energije. Čovječanstvo treba sve više i više svjetla za razvoj
tehnologije i za odvijanje svakodnevnih životnih potreba zbog promjene u
načinu života, što je razlog zašto je energetski učinkovita rasvjeta tako važna.
Smanjenjem energije za rasvjetu mogle bi se mnogo smanjiti i emisije štetnog
ugljikovog dioksida. Dakle, inženjeri i znanstvenici razvijaju nova, znanstveno
opravdana i nikad prije viđena rasvjetna rješenja.
?
Jeste li znali
• Zimsko i ljetno vrijeme je
uvedeno kako bi uštedjeli
energiju za rasvjetu. Ova
radnja štedi energiju
jednaku 300.000 tona
sirove nafte.
44
Teorija svjetlosti
Prije pregleda znanstvenih inovativnih rasvjetnih rješenja,
razmotrimo izvore svjetlosti koji su dostupni na Zemlji:
Izvori svjetla ili uređaji koji se
koriste za proizvodnju vidljivog
svjetla mogu se podijeliti u dvije skupine.
1.
Primarni izvori svjetlosti emitiraju svjetlo sami.
2.
Sekundarni izvori svjetla samo odražavaju ili raspršuju
svjetlost drugih izvora svjetlosti.
Primarni izvori također se razlikuju, ovisno
o operativnom načelu:
1.
2.
prirodni: nebeska tijela koja emitiraju svjetlost, munje,
polarna svjetlost, bioluminiscencija
emisija svjetlosti
živih organizama
izgaranje: baklji, svijeća, plinskih svjetiljki, požari, magma
3.
4.
5.
električni: žarulje sa žarnom niti
volfram svjetiljke i
halogene žarulje
elektroluminiscencija
LED
fluorescentne svjetiljke niskog tlaka
(kompaktne) fluorescentne svjetiljke
indukcijske svjetiljke
fluorescentne svjetiljke visokog tlaka
elektrolučna svjetiljka, ksenonska žarulja
kemijska: kemiluminiscencija
ta pojava prati
kemijske reakcije u kojoj nastaje produkt zbog elektrona
u pobuđenom stanju koji su apsorbirali određenu
količinu svjetlosne energije, a vraćanjem elektrona u
osnovno stanje, emitira se svjetlost, (kvantum svjetla).
sekundarni izvori: toplinsko zračenje, laser
45
Revolucija svjetla
U usporedbi s drugim područjima
znanosti, iznenađujuće je koliko je spora
bila evolucija rasvjete. Morali smo čekati
više od 100 godina na prve energetski
učinkovite žarulje: Vjerovali ili ne, žarulje
koje rade na istom principu koji je Edison
izumio u 19. stoljeću koriste se i danas u
mnogim mjestima.
Ali zašto je razvoj bio potreban? Žarulja
nije učinkovita, jer se 90% energije gubi
u obliku toplinske energije, a samo se
10% koristi za proizvodnju svjetlosti. Ovo
je veliko rasipanje energije, s obzirom
da su naši izvori energije ograničeni
(o ovoj temi pogledajte više u našem
članku o energiji). Rasipanje se mora
zaustaviti što je prije moguće, stoga je
Europska komisija usvojila Zelenu knjigu
i pokrenula konzultacije o budućim
ekološkim načinima razvoja rasvjete koji
štede energiju. Cilj je do 2020. smanjiti
potrošnju energije za rasvjetu za 20%
u europskim zemljama. Raspodjela
žarulje sa žarnom niti postupno će
nestati iz Europske unije u sljedećih
nekoliko godina, a kao posljedica
toga, žarulje u kućanstvima, uredima i
javnim mjestima moraju biti zamijenjene
energetski učinkovitim izvorima svjetlosti.
U posljednjem su se desetljeću počele
upotrebljavati halogene žarulje koje
štede energiju, u kojoj se nalazi halogeni
element (jod ili brom). Ta nit ima višu
Žarulja nije učinkovita,
jer se 90% energije gubi u
obliku toplinske energije,
a samo se 10%
koristi za
proizvodnju svjetlosti.
temperaturu od volframove niti i žarulja
je napravljena od tvrdog stakla ili kvarca.
Štedljive fluorescentne žarulje su također
vrlo popularne, u kojima vidljiva svjetlost
nastaje ispuštanjem mješavine plina
žive-argona između vlakana, što ima
za posljedicu UV zračenje koje uzrokuje
prelazak fosfora u pobuđeno stanje
unutar fluorescentne svjetiljke, koje zrači
vidljivu svjetlost, Najviše obećavajuća
alternativa je LED (Light Emitting Diode)
ili njena organska verzija, OLED (Organic
Light Emitting Diode), koja je također
poznata kao izvor čvrstog stanja svjetla
(SSL).
?
Jeste li znali
• Vjerovali ili ne, žarulje koje rade
na istom principu koji je Edison
izumio u 19. stoljeću koriste se i
danas u mnogim mjestima.
46
LED i OLED
Širenje LED svjetla i OLED tehnologija je
neosporno, one imaju nekoliko prednosti
u odnosu na žarulje sa žarnom niti. Prvo,
mnogo su više energetski učinkovite;
drugo, njihov životni vijek može biti
četrdeset-šezdeset godina. U LED
izvorima svjetlosti, svjetlost generira
dioda spojena na električnu struju koja
pobuđuje elektrone iz atoma u materijalu
dioda, čime ih tjera na premještanje
na višu energetsku razinu (elektronsku
orbitalu); a kad se vrate na svoje izvorne
razine energije, emitiraju fotone tj. svjetlo.
Razlika između LED-a i OLED-a je “o”,
što je kratica za “organski”. Dok LED
diode koriste sićušne kristale napravljene
od na galij nitrida, OLED diode izrađene
se od organskih spojeva sličnih
pigmentu koji se uobičajeno koriste za
oblaganje osnovnog materijala putem
deponiranja pare. Organske svjetlosne
diode (OLED) stvaraju svijet u kojem su
mogući osvijetljeni zidni papiri i prozori
koji se noću pretvaraju u izvor svjetlosti.
Stručnjaci su uvjereni da bi u sljedećih
nekoliko godina ovi obećavajuće
energetske štediše mogle revolucionirati
sektor rasvjete. Očekivanja stavljene
na OLED diode su visoke; od njih se
očekuje da postanu učinkovitije od svih
postojećih izvora svjetlosti i jednoga
dana, te da budu u mogućnosti pretvoriti
gotovo 100% svoje energije u svjetlo.
Razlika između LED-a i OLED-a je “o”,
što je kratica za “organski”.
47
Pametni izvor
svjetla
LIFX pametni izvor svjetlosti osvojio je
zlatnu medalju na nagradama Edison
Ligting Award 2014. godine. To je LED
s varijabilnom bojom koji štedi energiju
i ima WiFi, tako da može biti kontroliran
pametnim telefonom pomoću besplatne
aplikacije. To pruža nevjerojatno
iskustvo za korisnike: 16 milijuna boja,
programabilna rasvjeta i efekti, ali
rasvjeta također može biti usklađena čak
i s našom omiljenom glazbom. Svjetlosni
tok od maksimalnih 1.000 lumena može
se koristiti za do 25 godina.
Svjetlosni tok od
maksimalnih 1.000
lumena može se
koristiti za do 25 godina.
48
Preispitivanje
rasvjete
Izvanredna prednost OLED-a može
biti učinkovito i kreativno primijenjena u
potrošačkoj elektronici od strane programera.
Zamislite fleksibilan TV koji se može zarolati!
Provedba je moguća ako se OLED zaslon
ugradi u tankom sloju plastike. Raspon
mogućnosti je gotovo beskrajan. BASF
programeri su već razvili izvor svjetla koji je
tanak i stavljen na krov automobila te djeluje
kao solarna ploča, ali inače djeluje kao izvor
rasvjete te je potpuno proziran ako se isključi.
Takav automobil sa “staklenim krovom” skuplja
struju tijekom dana i osvjetljava unutrašnjost
vozila u večernjim satima.
49
Kako OLED diode
rade?
36
u
GO 5 D
bi
ljk
7, e od
DIŠ AN
6 oko
NJE A
m
et
ar
a
ke
DN 22 lj, bosil
EV SA jak i vla
NO TA sac
a,
st
u
lat
ra
LED svjetlo može se učinkovito koristiti u drugim
područjima, kao, na primjer, u zatvorenom uzgoju
biljaka gdje savršeno može oponašati Sunce.U
eksperimentalnoj stanici postrojenja American
Green Sense Farms uzgajaju se salata, kelj,
bosiljak i vlasac u sobama s klimom i umjetnim
LED svjetlima. Oni rastu 22 sata dnevno, 365
dana godišnje u 8-metarskim tornjevima, bez
štetočina i okupani u stranom ružičastom svjetlu.
To svjetlo, naravno, nije isto koje LED diode inače
zrače, nego je valne duljine koja je neophodna
za rast biljaka. Ovo rješenje je posebno dobro
za male, lisnate usjeve, ali znanost će vjerojatno
razviti umjetno i hranjivo svjetlo za žitarice koje
se proizvode u velikim količinama, kao što su
kukuruz i pšenica.
pozitivni naboji teku u sredini sendviča i spajaju se.
Na taj način, oni uzrokuju sjaj ugrađenih molekula.
Budući da su organski slojevi vrlo osjetljivi na
vodu i kisik, oni moraju biti u kapsulama da bi se
osigurala njihova vlastita zaštita.
sa
OLED su izgrađena kao sendviči, sa nadjevom
sastavljenim od tankog sloja organskog materijala.
Ti se slojevi postavljaju između pozitivno
naelektriziranih anoda i negativno nabijenih katoda.
Kada električna struja prolazi kroz njih, elektroni i
50
Činjenice i brojke
S električnim,
halogenim i štednim
žaruljama, veliki dio
energije se pretvara u
toplinu umjesto svjetla
- površina električne
žarulje od 100 vata,
primjerice, doseže
temperaturu od više
od 200°C (392°F) kad
je upaljena. S druge
strane, OLED koji se
razvija u Dresdenu
ostaje na oko 30°C
(86°F), tako da su uvijek
sigurno hladnije od
tjelesne temperature.
5-10
OLED traje 5-10 puta dulje od
žarulja sa žarnom niti.
40.000
broj sati koliko LED traje.
10.000
broj sati koliko OLED trenutno
traje.
51
Pametne kuće,
pametna rasvjeta
Automatizacija je, naravno, stigla i u
dizajn rasvjete. U pametnim kućama,
koje su opremljene inteligentnim
sustavom kontrole, ne samo da se
može uključiti i isključiti svjetlo, odnosno
kontrolirati intenzitet svjetla, a također
se mogu pohraniti i osobne postavke.
Omiljene postavke mogu se opozvati
u bilo koje vrijeme i sve žarulje u kući
mogu se postaviti jednim dodirom
prema našem raspoloženju, dobu dana
ili aktivnosti koju radimo.
Međutim, potencijal OLED tehnologije
ide daleko izvan jednostavnih svjetiljki i
rasvjetnih programa. Energiju svjetlosti
izumitelji zovu ‘svjetlo za dobrobit’. Tajna
njihovog ‘feel-good’ faktora leži u načinu
na koji zrače svjetlost. Za razliku od
svih ostalih prošlih i sadašnjih umjetnih
izvora svjetlosti, OLED ne emitira
svjetlost iz točke; ono je ravni izvor
svjetla. Uz OLED također je moguće
regulirati temperaturu boje i prilagoditi
svjetlo ovisno o dobu dana. Dakle,
moguće je imati toplo bijelo svjetlo u
jutarnjim i večernjim satima i hladno
bijelo svjetlo za dan.
Energiju svjetlosti
izumitelji zovu
‘svjetlo za
dobrobit’.
Tajna njihovog
‘feel-good’
faktora leži u
načinu na koji
zrače svjetlost.
52
Plavo pitanje
Jedino mješavina crvene, zelene
i plave svjetlosti proizvodi bijelo
svjetlo organskog svjetla diode
(OLED). No do sada su se
proizvođači morali snalaziti s plavom
bojom koja je relativno neučinkovita.
Fluorescentni emiteri koji se trenutno
nalaze na tržištu pretvaraju više
od četvrtine energije u svjetlo, a
ostatak se pretvara u toplinu. BASF
kemičari, dakle, počeli su tražiti
rješenje za “plavi problem ‘prije
Još jedno svojstvo OLED-a inspirira
dizajnere rasvjete. Oni su izrađeni
od tankih organskih materijala, a u
doglednoj budućnosti bit će moguće
staviti ih kao sloj preko tapeta, stropova
ili prozora. To bi omogućilo da se na
stropu stvori savršena iluzija ljetnog
neba, ili da zid postane virtualna
proljetna livada. Kada su isključeni,
OLED-i su bijeli, reflektivni ili prozirni tako da bi se mogli koristiti za izradu
prozorskih stakala koje propuštaju
Sunčevu svjetlost tijekom dana, a
zatim se pretvore u svjetiljke u mraku.
Diode niske energije mogu nadahnuti
ne samo dizajnere, nego se također
mogu koristiti u modi, namještaju i
dizajnu nakita ili u likovnoj umjetnosti.
nekoliko godina. Otkrili su molekule
koje svijetle plavo, a koje su u stanju
pretvoriti energiju gotovo u cijelosti
u svjetlo. Te molekule spadaju u
visoko učinkovite fosforescentne
emitere koji se koriste u OLED-ima.
Postojala je samo jedna prepreka,
međutim: trajalo je samo nekoliko
minuta. Očekuje se da će 2016.
BASF-ova plava tehnologija ostvariti
potrebnu dubinu boje za industriju
zaslona.
Prirodno ‘feel-good’ svjetlo također se
može koristiti u bolnicama i liječničkim
ordinacijama u budućnosti. Upiti
također dolaze iz muzeja zainteresiranih
u blage izvore svjetla bez UV zraka i
jake emisije topline. Japan je već korak
naprijed; prve izložbene dvorane su već
opremljeni OLED-ima.
53
Svijetleće biljke - biljke koje
proizvode svjetlo kao svjetiljke
Možda zvuči nevjerojatno, ali moguće
je da nećemo trebati ulične svjetiljke
u budućnosti. Umjesto toga, svjetlost
će osiguravati bilje koje raste uz cestu.
Istraživački tim u San Franciscu radi na
proizvodnji svjetlećih biljaka pomoću
sintetičke biologije. Prema planovima,
sintetički DNA segmenti na temelju DNK
iz krijesnica i svjetlećih morskih bakterija
ugrađuju se u biljke.
Laser kao izvor
svjetla
Za većinu nas, laser je šarena mješavina
svjetlucavih svjetala, ali to nije slučaj
sa svim laserima. Steven DenBaars,
znanstvenik na Sveučilištu u Santa
Barbari, smatra da bi lasersko svjetlo
savršeno moglo zamijeniti tradicionalne
žarulje, primjerice, cijeli se strop u sobi
može upaliti, kao da je jedan veliki
krovni prozor.Ili zamislite plesne dvorane
hotela u kojoj se deseci ili stotine žarulja
zamjenjuju sa samo nekoliko iznimno
jakih izvora svjetlosti.
Na prvi pogled, čini se da nema ništa
zajedničko između toplog sjaja sa
žarnom niti žarulja, koja stvara svjetlost
zagrijavanjem niti dok nije užarena
i lasera, koji generira svjetlost kroz
proces optičke amplifikacije, bazirane na
stimuliranoj emisiji elektromagnetskog
zračenja i stvorenoj svjetlosti na jednoj
valnoj dužini i koji usmjerava fokusirani
snop ka minijaturnom cilju. Zajedničko
tlo je LED tehnologija - izgleda da vrsta
lasera na kojima DenBaars radi se
temelje na postojećim LED diodama, a
zovu se “laserske diode.”
dobijete učinak pojačanja te micanje od
redovite emisije do potaknute emisije poput lavine. Najbolje laserske diode su
otprilike jednako učinkovite u pretvaranju
struje u svjetlo kao kupljene LED diode,
ali s jednom velikom razlikom možete
slati više od 2000 puta više električne
energije u lasersku diodu. Teoretski, to
znači da laserska dioda može proizvesti
2.000 puta više svjetlosti po kvadratnom
centimetru.
Vrlo je slična LED svjetlu.To je isti
materijal, ali stavite dva ogledala na obje
strane LED i dobivate laser. Nakon što
ste dobili refleksiju natrag i naprijed,
54
Prirodno svjetlo
je bitno!
Najekonomičniji izvor svjetlosti je očito
Sunce, koje moderna arhitektura
pokušava iskoristiti pomoću staklenih
atrija i krovova. Vrlo jednostavno
rješenje koje postaje sve češće je
uvođenje direktne Sunčeve svjetlosti
u stanove. To nije nova stvar, a to
kreativno rješenje često se koristi u
tehnički nerazvijenim područjima: koristi
se PET boca napunjena vodom i malom
količinom izbjeljivača za sterilizaciju
tekućine i njezinu jasnoću. Boca se
zatim okomito zabije u rupu u krovu,
osigura se od pada i zapečati s malo
gume. Improvizirana žarulja je spremna.
Za vrijeme Sunčevog osvjetljenja,
svjetlost koja dolazi od Sunca, prodire
u bocu, svjetlost se lomi zbog vode u
boci i osvjetljava unutrašnjost prostorije
bez uporabe električne energije.
Moderniji pristup je kada se Sunčeva
svjetlost uvodi u sobu sa solarnom
cijevi, koja djeluje kao aktivna
prizma. Izravno je ugrađena u krovne
konstrukcije. Na vanjskoj strani, postoji
skupljač svjetla , odakle svjetlost putuje
na drugu stranu cijevi, koja se nalazi
u sobi s ogledalima. Najnaprednije
strukture mogu postići protok svjetlosti
do 6 metara bez gubitka. Dakle, soba
bez prozora i do 25 četvornih metara
može se lako osvijetliti Sunčevom
svjetlosti.
LED dobitnik
Nobelove nagrade
Dvojica japanskih i jedan američki
istraživač - Isamu Akasaki, Hiroshi Amano
i Shuji Nakamura - dobili su Nolbelovu
nagradu za fiziku u 2014. “za pronalazak
učinkovitih plavih svjetlosnih dioda koje
su omogućila svijetle i štedljive bijele
izvore svjetlosti” Nagrađivani znanstvenici
napravili su to epohalno otkriće u ranim
devedesetima.
Prvi svjetlosne diode tj LED diode izrađene
su u šezdesetima. Bile su samo u stanju
proizvesti infracrveno svjetlo: do sada se
ih mogli naći u daljinskim upravljačima.
Istraživači su radili svjetlije i svjetlije LED
diode, a zatim su se također pojavila
crvena i zelena LED svjetla na ljestvici
valne duljine. No, nije bilo moguće
proizvesti plavu svijetleću diodu i bez
plavog dijela nije bilo moguće proizvesti
bijelo svjetlo. Plave LED diode na bazi
galij-nitrida proizvedene prije dvadesetak
godina bile su prve diode koje su bile u
stanju proizvesti visoku razinu svjetlosne
energije. Navedeno je napokon otvorilo put
za kombinirano (crveno + zeleno + plavo),
bijelo svjetlo LED proizvodnje.
55
Nove perspektive u prometu
Prijevoz je postao važan dio našeg svakodnevnog života premda
troši veliku količinu energije i rezultira teškim emisijama onečišćujućih
tvari; ispušni dim stotina milijuna automobila onečišćuje zrak iz
dana u dan. Očito, održivi razvoj treba razvijati promjene u načinu
prijevoza, a u tome nam mogu pomoći znanstvena istraživanja.
Naši svakodnevni pratitelji:
automobili
Automobili su postali dio našeg svakodnevnog života samo
u posljednjih sto godina - ali u tolikoj mjeri da ne možemo
niti zamisliti današnji život bez njih. Sve veći broj motornih
vozila, međutim, pridonosi u velikoj mjeri uništavanju
mineralnih ulja i rezervi ugljena, odnosno fosilnih izvora
energije Zemlje, jer većina naših automobila radi na benzin
ili dizel, oba proizvedena od mineralnih ulja , Štoviše, njihov
ispušni dim sadrži zagađujuće plinove kao što su ugljikovi
dioksid, ugljikov i monoksid, dušikove okside i ugljikovodike.
Prema procjenama, u svijetu će do 2021. biti oko 1,2 milijarde
automobila na cesti, s porastom od gotovo 300 milijuna
u odnosu na danas. Danas je promet odgovoran za 50%
ukupnog onečišćenja zraka, što ga čini jednim od najvećih
izazova za postizanje drastičnog pada.
56
Činjenice i brojke
Svaki dan, 95 500
novih vozila doda se
svjetskim cestama.
Do 2021., na svjetskim će
prometnicama biti
1,2 milijarde automobila.
Motorna vozila odgovorna
su za 40% onečišćenja
zraka u Europi.
Više od 80%
automobilskih putovanja
u Europi su manja
od 20 kilometara.
Bicikl u
renesansi
Mnoge rade promjenu s četiri na dva kotača - neki za
zaštitu okoliša, drugi iz praktičnih razloga, za putovanje
od kuće do škole ili njihovo radno mjestu biciklom.
Kao zanimljivu činjenicu može se istaći, da je godišnje
proizvedeno dvostruko više bicikala nego automobila, a u
posljednjih deset godina, prodaje se daleko više bicikala
nego prije. Postoje narodi kojima je vožnja biciklom dio
tradicije, kao Nizozemci: u Nizozemskoj broj bicikala
premašuje broj stanovnika. Situacija je slična u Kini i
jugoistočnim-azijskim zemljama, iako se tamo često
koriste električni bicikli, zbog većih udaljenosti.
Rastuća popularnost biciklizma označena je većim brojem
jedinstvenih materijala i modernim dizajnom, kako bi bicikli
bili još ugodniji, sigurniji za vožnju te jedinstveni izgledom.
Jedan od noviteta su biciklistički okviri izrađeni od drveta ili
bambusa, koji su vrlo fleksibilni i izdržljivi.
BASF, koji je uključen u razvoj inovativnih materijala, stvorio
je svoj vlastiti koncept bicikla, koji objedinjuje prisjećanje
na bicikl iz prošlosti i obećanja budućnosti. Bicikl “Concept
1865” izgleda kao bicikli od prije 150 godina, ali sadrži 24
plastike visokih performansi, posebne pjene, epoksi smole
i poliuretanske materijale, koji čine bicikl jedinstvenim ne
samo u vanjskom izgledu nego i u smislu primjene.
57
Električni automobili - vozila
budućnosti?
Proizvođači automobila i dobavljači
pokušavaju razmišljaju kako smanjiti
ukupnu potrošnju goriva i emisije unatoč
velikom porastu broja vozila. Prvo rješenje
koje su ponudili programeri bio je razvoj
električnih vozila, koji su se pokretali
elektromotorom napajanim punjivom
baterijom. Na javnim cestama, hibridna
vozila su bila prva vozila koja su se pojavila
u velikom broju i koja kombiniraju motor s
unutarnjim izgaranjem s elektromotorom
kako bi se smanjila potrošnja goriva i
emisija. Njihova prednost je u tome što
oni učinkovito koriste električni pogon u
gradskom prijevozu, gdje su udaljenosti
kratke, i prebacuju na tradicionalni motor
za veće udaljenosti i veće brzine.
Ključni dio električnog automobila je
baterija, koja pohranjuje energiju. Pravi
?
proboj ostvaren je uvođenjem litijske
baterije, koje su daleko moćnije od svojih
prethodnih. Udaljenost od oko 150 do
200 km je dovoljna za jedno punjenje
tih baterija, što je više nego dovoljno za
prosječnu udaljenost u gradu, a dodatna
je prednost da automobil može biti
spojen na punjač u večernjim satima,
baš kao i naši mobilni telefoni. Međutim,
san istraživača jest pronaći rješenje koje
čini jedno punjenje dovoljnim za veće
udaljenosti. Inženjeri kemijske industrijske
tvrtke BASF rade na sljedećoj generaciji
baterija. Kombinacija litija sa sumporom
ili zrakom mogla bi dati baterijama veći
kapacitet, što znači da bi automobil
potencijalno mogao putovati 400 km sa
jednim punjenjem.
Drugo rješenje za poboljšanje učinkovitosti
Jeste li znali
• Nije istina da su električni automobili spori. Jedan od
najbržih električnih automobila je Concept One, koji je
razvio mladi hrvatski izumitelj Mate Rimac, koji može
putovati brzinom od 300 km/h sa svojih 1088 KS.
punjenja mogao bi biti novi tip plugin hibridnih električnih vozila (PHEVs).
Ovi automobili imaju snažniju bateriju
i mogu se puniti električnim utikačem.
PHEV-a također ima motor s unutarnjim
izgaranjem, koji može pomoći pri
punjenju električne baterije i djelovati kao
produženje dosega, ali njegovu uporabu
uvelike smanjuje poboljšana sposobnost
baterije. Karoserije koje štede energiju
također može biti obećavajuća inovacija.
Neke europske tvrtke trenutačno
istražuju i testiraju karoserije koje mogu
pohraniti energiju i pune se brže od
konvencionalnih baterija današnjice.
Karoserije koje se testiraju napravljene su
od polimera, vlakana i smola ugljika koji su
dovoljno čvrste da se koriste u vozilima i
dovoljno savitljive da se oblikuju u ploče.
Činjenice i brojke
500.000 – broj
električnih
automobila u
svijetu. +100%
– predviđeno
povećanje
broja električnih
automobila do
2022. godine.
2040. – svaki
drugi novi
automobil
će biti hibrid.
58
Elektrana vodika u
automobilu
Obećavajuća prilika za nastajanje ekološkog automobila
koji uopće ne ončišćuje okoliš je goriva ćelija, koja stvara
električnu energiju u automobilu putem kemijske reakcije
između vodika i kisika. Kemijska energija iz reakcije tih dvaju
tvari pretvara se u električnu i toplinsku energiju i vodu ispušna cijev ispušta samo paru. Automobili opremljeni
gorivim ćelijama imaju raspon vožnje koji se može usporediti
s današnjim vozilima s benzinskim motorima. Imaju iste
performanse i vozne raspone tradicionalnih vozila - iako
znanstvenici još uvijek moraju prevladati brojne izazove.
Moraju pronaći mjesto za postavljanje velikog spremnik
vodika u autu i smanjiti težinu gorivih ćelija. Posljednje, ali ne
i najmanje važno, mora biti izgrađen lanac punionica vodika,
gdje gorivo u automobilima može biti ispunjeno vodikom
umjesto benzinom.
59
Zrakoplov pokretan
vodikom - sada stvarnost
Prije nekoliko godina njemački Aerospace Centre (DLR) i
Lange Aviation sagradili su prvi zrakoplovni pogon vodikom,
Antares DLR-H2. Jedrilica s malim motorom je gotovo
nečujna i ispušta samo pare, bez dima. Sustav gorivih
ćelija, postavljen ispod krila, je sklop membrana elektroda
koju je razvio BASF, čija je revolucionarna novost je da
omogućuje radnu temperaturu od 180 °C, čime čini niz
skupih dijelova, uključujući sustav hlađenja, nepotrebnim.
Njemački Aerospace Centre planira instalirati ovu inovativnu
ćeliju goriva i u putničke zrakoplove Airbus A320 kako bi se
poboljšala učinkovitost napajanja tih velikih zrakoplova.
Kemija pronalazi
svoj put u
automobile
Bez sumnje, jedan od ključnih zahtjeva prema automobilima
budućnosti je pažljiv odabir materijala: programeri moraju
biti sigurni da je karoserija sigurna, udobna, i što lakša.
Ovaj posljednji izazov je onaj s kojim se projektanti Formule
1 također suočavaju: žele smanjiti težinu automobila zbog
visoke brzine, dok je u svakodnevnom prometu prednost
lakoće da će automobil imati manju potrošnju. Inovativna
plastika, razvijena u kemijskoj industriji, koristi se sve češće
za postizanje lakših težina.
Činjenice i brojke
Moderni automobili
već sadrže oko 15%
plastike.
Za nekoliko godina to bi
se moglo povećati
na do 25%.
60
61
Inovatina se plastika već koristi za pronalaženje plastike u
unutrašnjosti automobila, ali veći broj drugih dijelova, uključujući
poklopce i dijelove motora izrađeni su od tehničke plastike.
BASF-ova jedinica autoindustrije razvila je niz plastika s posebnim
značajkama koje su izuzetno otporne na toplinu, kao stabilni
dijelovi cirkulacijskog sustava ulja, ili su vrlo fleksibilni te se na
taj način mogu koristiti kao mehaničkih dijelovi motora. Druga
revolucionarna inovacija njemačke kemijske industrije obruč
kotača izrađen od plastike visokih performansi, što omogućuje
značajno smanjenje od tri kilograma od težine svakog kotača. Za
razliku od tradicionalnih, poliamidnih kompozitnih materijala, ova
nova plastika sadrži duge staklena vlakna koja ojačavaju i nude
snažnu toleranciju. Plastični kotači automobila su pripremljeni za
pametne električne automobile, zajednički razvijeni s Daimlerom.
Ova mala vozila s četiri kotača imaju vrata i druge elemente šasije
izrađene od kompozitnih materijala visokih performansi, ugljičnih
vlakana ojačanih epoksi smolom, koje čine automobil napola
lakšim od tradicionalnih materijala. Ovaj automobil ima najnovije
inovacije u proizvodnji vozila, i to:
Infracrvenireflektirajući film
Novi infracrveni-reflektirajući film primjenjuje se
na vjetrobranska stakla i bočne prozore, čime
štiti unutrašnjost automobila od zagrijavanja.
Kompozitni
okvir visokih
performansi
Putnička kabina i ostale komponente, kao
što su vrata izrađeni su od ugljičnih vlakana
ojačanih epoksi smolom - kompozitni
materijal visokih performansi. Takvi
materijali omogućuju uštedu težine od više
od 50% u odnosu na čelik.
Izolacijske pjene
visoke performanse
Pjene visokih performansi iz BASF-a
su ugrađene u karoserije. Oni pomažu
stvoriti ugodnu klimu unutar automobila.
62
Prozirni solarni krov
Čak i u lošim svjetlosnim uvjetima,
heksagonalne transparentne organske
fotonaponske ćelije (OPV) generiraju
dovoljno energije za napajanje
multimedijskih komponenti i ventilatore
koji pomažu s upravljanjem klime.
Transparentne OLED diode (Organic
Light-emitting diode) osvjetljavaju
unutrašnjost kad se otvore vrata ili
pritiskom na gumb. Kada su isključene,
omogućuju jasan pogled izvana.
Infracrvenireflektirajući premazi
Infracrveno-reflektivni sustav premaza
otporan na ogrebotine podržava sustav
upravljanja temperaturom. Zahvaljujući
posebnim pigmentima BASF-a, tamni
unutarnji elementi su također zaštićeni
od zagrijavanja.
Plastični obruč
kotača
Prvi svjetski plastični obruč kotača od
novog materijala visokih performansi štedi
tri kilograma težine kotača. Novi plastika
ima poboljšana svojstva: izvrsnu toplinsku
i kemijsku stabilnost, dinamičku čvrstoću,
žilavost i dobre kontinuirane radne
karakteristike.
63
e-tekStiL
e-tekstil su tanke tkanine s po mjeri
vodljivim premazima. Oni mijenjaju
konvencionalno grijanje sjedala. Uz
izravno grijanja uz tijelo u naslonima
sjedala, pružaju ugodan osjećaj topline.
VišeNAMjeNSkA
UDOBNOSt SjeDeNjA
Sjedala nude jedinstvenu kombinaciju
upravljanja temperaturom i laganog
dizajna. Novo plastično sjedalo koje se
podržava čini osnovu sjedala. Pjena
sjedišta pruža i udobnosti i uštedu
mase. Vunena tkanina sadrži super
upijače što dodatno povećava udobnost
upijanjem vlage.
64
Nešto novo što će
zamijeniti benzin
Znanstvenici su dugo radili na stvaranju
automobila koji radi na gorivo osim
benzina ili dizela. Za sada, bioetanol
i biodizel su najčešća alternativna
goriva, koja su napravljene od biljaka
koje se proizvode posebno za tu
svrhu, a ne iz fosilnih izvora energije
koji dolaze iz unutrašnjosti Zemlje. Da
bi se napravio bioetanol, koriste se
takozvani energetski usjevi, poput cikle
ili kukuruza, dok se biodizel proizvodi od
biljaka s visokim sadržajem ulja, u većini
slučajeva uljane repice ili suncokreta.
Za ova je goriva, međutim, potrebna
ogromna količine biljaka: za proizvodnju
100 litara bioetanola, potrebno je više
kukuruza od količine koju osoba može
pojesti u jednoj godini. Iz tog razloga,
biogoriva se zapravo ne mogu smatrati
ekološkima - iako automobil ispušta
nešto manje onečišćujućih tvari ako ga
pogoni biljno gorivo.
Najviše obećava gorivo koje sadrži
samo zrak. Peugeot i Citroën zajednički
su razvili hibridni automobil koji se
napaja pomoću hidrauličkog sustava
upravljanog komprimiranim zrakom.
Automobil također ima benzinski
motor, koji preuzima u vrijeme visokih
opterećenja - poput vožnje na usponu
ili pri velikim brzinama. Automobil pod
nazivom Hybrid Air bit će komercijalno
dostupan od 2016.
Nove perspektive za
prijevoz budućnosti
Ljudi koji
planiraju
gradove
budućnosti
mišljenja su da
će se naš stav
prema osobnim
automobilima
neminovno
promijeniti.
Ljudi će izgubiti svoj stav gledanja na
svoj automobil kao osobnu imovinu,
a zajedničko korištenje automobila će
postati češće. Preteča ovog pristupa
su mreže za prikupljanje putnika s istim
odredištem kao i vlasnik automobila.
Jedna od najpopularnijih takvih zajednica
je Uber, koja je sada dostupna u nekoliko
srednjoeuropskih zemalja. Njegova bit je
da mobilna aplikacija prikazuje dostupne
Uber vozače u blizini, koje možemo
nazvati baš kao taksi - ali za nižu cijenu, a
ponekad i zajednički koristiti automobil s
drugim putnicima.
Nove navike korištenja automobila
zahtijevaju nove vrste automobila:
automobil budućnosti će biti puno lakši od
prethodnih modela, bit će mu potrebno
vrlo malo energije, te će imati manji utjecaj
na okoliš. Sigurno, putovanje unutar
metropola će biti pomoću automobila
koji putuju bez vozača, na unaprijed
definiranim rutama, pod kontrolom
GPS-a. Ova automatska PRT (osobni brzi
prijevoz) vozila putuju po tračnicama ili
magnetskim putevima, i nose maksimalno
3-6 putnika koji mogu odabrati svoje
odredište uz unaprijed definirane rute.
Iako ovo možda zvuči futuristički, više
od deset takvih PRT sustava već rade
u svijetu. Najstariji svjetski i najopsežniji
PRT sustav je u Sveučilištu West Virginia,
koji prebacuje studente i posjetitelje na
niz popularnih destinacija diljem grada.
Osim toga, takva malena automatska
vozila također se koriste na londonskom
aerodromu Heathrow i Masdar Cityju,
eko-gradu koji je trenutno u izgradnji u
Ujedinjenim Arapskim Emiratima.
Normalni osobni automobili bez vozača
više nisu klišeji znanstvene fantastike:
Googleovi automatski automobili Toyota
Prius koji su tu već godinama ne samo da
fotografiraju ceste, već i njihove računalne
karte vide prometne znakove, pronalaze
alternativne rute, i opažaju semafore prije
nego su uopće vidljivi osobi. Pomoću
lasera, radara i kamera, automobili
mogu analizirati i obraditi podatke o
svom okruženju brže od ljudi. Googleovi
inženjeri su već testirali njihove automobile
koji su odvozili više od 300 000 kilometara
javnih autocesti i cesta.
Javni prijevoz nije iznimka uvođenju
inovacija. U ovom području, magnetski
vlakovi, koji se nazivaju maglev vlakovi,
najviše obećavaju. Ova vozila su potpuno
ekološka, jer se kreću po tračnicama i
prema magnetskim poljima. Korištenjem
ove tehnologije, vlakovi mogu putovati
brzinom od preko 400 km / h, sigurno
i gotovo nečujno. Danas se Maglev
vlakovi koriste u Njemačkoj, Japanu i Kini
i najbrži od njih prevaljuju udaljenosti od
30 kilometra u 7 minuta. Uz tradicionalne
vlakove, to bi potrajalo najmanje tri puta
toliko vremena.
Električni autobusi također postaju
uobičajeni, a znanstvenici stalno
ulažu napore kako bi poboljšali svoje
mogućnosti. U Nizozemskoj, primjerice,
pokusi se izvode za super autobus, koji
kao pogonsko gorivo koristi litij-polimer
bateriju koji u velikoj mjeri podsjeća na
divovski sportski automobil, i sposoban je
za primanje 23 putnika pri brzini od 250
km/h.
65
Činjenice i brojke
90% ljudi
u većim
gradovima
redovito koristi
javni prijevoz.
Leteći
automobil
Prvi leteći automobil
prošao je kroz prve
testne letove, a uskoro
će se staviti u serijsku
proizvodnju. Terrafugia se
za 30 sekundi pretvara
iz normalnog auta u
lagani zrakoplov s dva
sjedala. Ako polijeće
s punim spremnikom,
vozilo ima raspon leta od
644 km i brzinu leta od
185 km/h.
Sada imamo i nebo
Kontinuirano povećanje zračnog prometa također predstavlja izazove
znanstvenicima: kako rad zrakoplova učiniti manje štetnim za okoliš.
Oko 90 000 zračnih letova prevozi putnike diljem svijeta svaki dan, koji
emitiraju velike količine stakleničkih plinova ugljikovog dioksida i troše
ogromnu količinu goriva, kerozina, koji se dobiva iz mineralnih ulja. Ovi
zrakoplovi troše otpr. 30 tisuća litara goriva tijekom dvosatnog leta.
Ova količina goriva bila bi dovoljna da se napuni spremnik prosječnog
automobila šest stotina puta.
Zamjena kerozina alternativnim gorivom bit će veliki korak ka održivosti
zračnog prometa. Biogoriva za zrakoplove proizvode se u nekoliko
lokacija: u Nizozemskoj, primjerice, planiraju udvostručiti kapacitet
luke Rotterdam Bio Port do 2020. godine, s ciljem smanjenja emisija
zrakoplova CO 2 za 80% kroz korištenje njihovog održivog goriva. Još
je jedan projekt u tijeku pod nazivom “GreenSky London”, čija je svrha
koristiti 500 000 tona otpada godišnje za proizvodnju 50000 tona
zrakoplova gorivom i iste količine biodizela.
Zračni promet ne može ostati izvan upotrebe obnovljivih izvora energije,
od kojih je najočitija korištenje solarne energije. Pogon solarnim pločama
već je stvarnost s malim zrakoplovima. Prvo takvo svjetsko vozilo, Solar
Impulse, nosi 17.200 solarnih ploča na svojim krilima za prikupljanje
energije i prijenos do motora. Ovaj zrakoplov je već letio preko oceana te
će letjeti oko Zemlje u 2015.
Pogon velikih putničkih zrakoplova solarnim pločama je još uvijek san.
Vrlo vjerojatno, znanstvenici će razviti hibridno rješenje koje će biti u
stanju držati veći zrakoplov u zraku pomoću različitih vrsta obnovljivih i
ekološki prihvatljivih energija.
66
Znanost u motoru
Galvanske ćelije, baterije, gorive ćelije –
svima je slično djelovanje, a to je da sve
uključuju prijenos elektrona tj redoks
reakcije. Bit proizvodnje energije je da
je primanje i otpuštanje elektrona u
prostoru, tako da se elektroni kreću od
anode (oksidacija) na katode (redukcija).
Ako galvanskoj ćeliji ponestane
reaktanta, nije više pogodna za
proizvodnju struje, što znači da je
proces proizvodnje električne energije
nepovratni proces.
U baterijama, sličan proces proizvodi
energiju, ali taj je proces električno
reverzibilan, tj, baterija se može puniti.
Na primjer, u litijskim baterijama, ioni
litija migriraju (Li +) na negativne ugljene
elektrode tijekom punjenja i pritječu
na pozitivne elektrode od željezovog
oksida tijekom pražnjenja. U najnovijoj
litij-polimer bateriji, tekućina se može
zamijeniti posebnom plastikom, tako da
se mogu raditi vrlo mali i fleksibilni izvori
napajanja.
Najveća prednost gorivih ćelija je
da rade dok se pune. Ovo gorivo je
uglavnom vodik, ali postoje varijacije
koje rade s metanom i metanolom.
Kemijski proces je praktički spaljivanje
goriva, ali ne i na uobičajeni način:
reaktanti nisu u kontaktu jedni s
drugom, prijenos elektrona prolazi
kroz membranu. Od vodika se stvara
voda za vrijeme reakcije, a od ugljikovih
spojeva također se stvara ugljikov
dioksid.
67
Znanost je također odgovorna za proizvodnju hrane
odgovarajuće količine i kvalitete za rastuću populaciju
planeta, a sve to bi trebalo biti učinjeno s najmanjim
mogućim utjecajem na okoliš kroz cijeli opskrbni lanac.
Pročitajte o inovativnim znanstvenim rješenjima koja se
rabe u ratarstvu, sljedećoj generaciji pakiranja hrane, i
pogledajte iza kulisa kuhinje budućnosti.
68
ODrŽiVi
PreHrAMBeNi
LANAC
69
Kako prehraniti buduće generacije?
Znanost se možda nikad nije suočila s tako teškim zadatkom kao
danas. Mora stvoriti uvjete za razvoj Zemljine populacije koja ubrzano
i neravnomjerno raste. Jedan od ključnih izazova je osigurati dovoljno
hrane za čovječanstvo na što je moguće više održiv način.
Glad i prevelika
potrošnja
Potražnja čovječanstva za hranom znatno se povećava iz
godine u godinu. Potražnja za životinjskim proteinima povećava
se za 2 milijuna tona godišnje, dok potreba čovječanstva
za žitaricama doseže dodatnih 26 milijuna tona žitarica
godišnje. Glavni razlog jest porast populacije: svake godine
treba prehraniti dodatnih 80 milijuna usta. Činjenica da je
prekomjerna potrošnja hrane značajna u razvijenim zemljama
te da puno ljudi kupuje nepotrebne količine hrane koja završe u
smeću i doprinose sve većim potrebama za hranom. S druge
strane postoji glad u zemljama u razvoju, gdje poljoprivredna
proizvodnja ne može držati korak s porastom populacije,
dakle nedostatak hrane je stalan. Ne smijemo zaboraviti
ljude koji boluju ne zbog količine nego kvalitete hrane, što
znači da su pothranjeni zbog nedostatka proteina, vitamina i
mikronutrijenata.
Činjenice i podaci
Godišnja
potrošnja
čovječanstva je
7 milijardi tona
žitarica - kojima
je potrebno 746
milijuna hektara
obradivog zemljišta,
210 milijuna
tona šećera i
259 milijuna
tona masti.
70
Majka Zemlja daje
hranu i život
Zemlja je povezana s našom hranom na neki način: povrće,
voće, pa čak i meso, jer životinje konzumiraju hranu proizvedenu
na zemlji. No ima sve manje i manje obradivih površina jer
gradovi koji rastu i njihove aglomeracije, kao i cestovna mreža
koja brzo raste zahtijevaju sve više i više zemlje.
Obradive zemlje suočavaju se s još jednim ozbiljnim problemom,
erozijom tla, što znači da se sadržaj hranjiva tla smanjuje. Uzgoj
biljaka odvodi dušik, fosfor i kalij iz tla. Stoljećima prije, ljudi bi
jednostavno pustili polje da odleži i ništa se nije sadilo na netom
vršenim područjima. Danas si proizvođači to više ne mogu
priuštiti, budući da proizvodnja mora držati korak s rastućim
zahtjevima. Time kemijska gnojiva, uz tradicionalna organska
gnojiva, koja su posebno dobra za opskrbu tla hranjivim tvarima,
igraju važnu ulogu u oplodnji.
71
Inovativna zaštita tla protiv
globalnog zatopljenja
78% Zemljine atmosfere je atmosferski
dušik, koji više biljke ne mogu izravno
koristiti. Za uzgoj, oni koriste nitrate
iz tla. Ali također je štetno ako tlo
sadrži više nitrata nego što biljke mogu
podnijeti. U tom slučaju, bakterija u tlu
transformira nitrate u staklenički plin zvan
dušikov(I) monoksid (N2 O) koja ima tri
stotine puta jači učinak od ugljikovog
dioksida. Istraživački inženjeri BASF-a
nedavno su skrenuli pozornost na ovaj
problem i razvili nitrifikacijski inhibitor, koji
pomiješan s gnojivom, optimizira proces
nitrifikacije kako bi bilo moguće da
koncentracija nitrata u tlu ne premašuje
potrebe biljaka. To čini korištenje
gnojiva učinkovitijim i značajno smanjuje
proizvodnju stakleničkih plinova.
Činjenice i podaci
80% tala u svijetu je oštećeno.
Degradacija tla je 17 puta brža od
svoje obnove.
75 milijardi tona godišnje plodnih
tala nestaje sa Zemlje.
72
Globalni izazov: više
održiva poljoprivreda
Održiva poljoprivreda znači da upravljamo
područjima zemlje koja je dostupna
koristeći najmanju moguću količinu vode i
energije i smanjujemo proizvodnju otpada i
proizvodimo dovoljnu količinu hrane za društvo.
Poljoprivredna industrija već je razvila niz
ideja koje mogu učiniti biljnu proizvodnju više
održivima. Neke velike inicijative:
Poljoprivredni inženjeri i dizajneri
budućih gradova shvatili su da
bi opskrba građana hranom bila
najisplativija ako bi se neki usjevi
uzgajali u gradovima, jer se na taj
način voće i povrće ne bi trebalo
isporučivati iz velike udaljenosti
u gradove. Budući da su gradovi
natrpani, biljke se mogu uzgajati
samo okomito, pa ih se uzgaja
u stakleničkim neboderima
postavljenim za tu svrhu. Osim
toga, sve se više i više ukrasnih
vrtova također može vidjeti na
zidovima kuća. Osim svojih
estetskih funkcija, oni također
imaju ulogu u pročišćavanju zraka
u gradu.
Kruž
išta
Na suhim područjima s niskim
oborinama, usjevi se često
uzgajaju na kružnim plohama.
Ova metoda se zove centar
pivot navodnjavanje. Njegova
prednost je u tome što koristi
manje vode od konvencionalnih
tehnika za navodnjavanje.
lj
Vertikalni vrt
ivr
opr edna
j
l
ze
po
m
na
Akvaponija
Akvaponija, što je sustav proizvodnje
hrane koji kombinira intenzivan uzgoj ribe
u spremnicima (akvakultura) s uzgojem
usjeva u vodi (hidroponija) igra važnu ulogu u
poljoprivrednoj revoluciji. Cirkulator voda ulazi
u zatvoreni sustav koji pumpa vodu iz akvarija
koji sadrži organske produkte izlučivanja
životinja do korijena biljaka, koje uzimaju
hranjive tvari iz te vode. Usjevi se uzgajaju
na pladnjevima ispunjenima šljunčanim ili
glinenim kuglicama, kroz koje voda teče
sporo, a očišćena voda se vraća u akvarij,
gdje proces počinje iznova. Najveća prednost
akvaponije jest u tome što se gotovo u
cijelosti sama regulira; njena se učinkovitost
može samo poboljšati s dodatkom bakterija i
zamjenom isparene vode.
Podzemni
staklenici
U hladnijim krajevima, staklenici su često
ugrađeni u zemlju. Ti staklenici kombiniraju
prednosti pasivnog solarnog grijanja i
struktura po nazivu Earthship: izolacijski
kapacitet zemlje vrlo je dobar, time te kuće
zadržavaju Sunčevu toplinu kad uđe u kuću
kroz staklo. Na taj način, stvoreno je toplo,
svjetlo i stabilno okruženje za rast biljaka koje
je dostupno tijekom cijele godine.
73
?
Jeste li znali
• U posljednjih nekoliko godina,
uspostavljeni su komunalni vrtovi
na nekretninama u nekoliko velikih
gradova u Europi, gdje stanovnici
uzgajaju povrće, bilje i voće za vlastitu
potrošnju. Postoje mjesta na kojima je
dopušteno peradarstvo i pčelarstvo.
Kako biotehnologija
može pomoći?
Razvojni inženjeri koji rade istraživanje
u cilju održavanja visokih prinosa uz
niže korištenja voda ili u ekstremnim
vremenskim uvjetima također su aktivno
uključeni u borbu za održivost. BASFov Odjel zaštite usjeva je na čelu ovog
istraživanja. Razvili su biljke otporne
na stres koje su, primjerice, otpornije
na sušu. Istraživači su ispitali kaktuse
i mahovine koje žive u vrućim i suhim
područjima i identificirali više od 100
gena koji su odgovorni za toleranciju na
stres biljaka. Istraživanja su pokazala da
biljke s takvim genima mogu preživjeti
bez vode dva tjedna, dok se “normalne
biljke” isuše. Nedavno, znanstvenici su
radili na hibridnim postrojenjima koja
bi mogla pomoći da se ta tolerancija
na sušu razvije i na poljoprivrednim
kulturama. Osim toga, BASF inženjeri su
razvili pesticide koji pomažu biljkama biti
otpornije na bolesti i utjecaj okoliša, čime
se mogu bolje iskoristiti.
Znanost također može pridonijeti
postizanju visoke nutritivne vrijednosti
hrane, što je osobito važno u zemljama u
razvoju gdje je pothranjenost vrlo česta.
BASF prehrambena istraživačka skupina
proizvodi nekoliko sastojaka koji se mogu
koristiti za poboljšanje kvalitete hrane. Ti
funkcionalni sastojci uključuju vitamine
i karotenoide, kao i omega-3 masne
kiseline. Ovi sastojci mogu se koristiti u
tekućem ili čvrstom obliku u hrani kao što
su obogaćene žitarice, mliječni proizvodi
kao što su jogurt pića, prehrambeni
proizvodi za djecu i bebe.
Njemačka razvojna tvrtka predano radi
na održivosti tako da je razvila metodu
za holističku procjenu održivosti u
poljoprivredi pod nazivom AgBalance™.
Procjenjuje 69 pokazatelja iz tri dimenzije
- okoliša, društva i gospodarstva.
AgBalance razmatra, primjerice, stanje
tla s obzirom na hranjivost, biološku
raznolikost vrsta koje nastanjuju
poljoprivredno zemljište, te ostatke
hrane i hrane za životinje, kao i fiksne
i varijabilne troškove. Prvo ispitivanje
AgBalancea je analiziralo proizvodnju
uljane repice u Njemačkoj između 1998.
i 2008. godine; Rezultati pokazuju da
se ukupni učinak održivosti povećao za
40%.
74
Bespilotne letjelice
i nano oblaci nad
poljima
Precizna je poljoprivreda dugo željeni cilj. Znači da se oplodnja, prskanje,
zalijevanje i berba može obaviti što preciznije. Dakle, količina pesticida
i goriva koje koriste kombajni može se smanjiti; štoviše manje će se
onečišćavati okoliš, ako se bude držalo uputa. Zato se upravljanje
poljoprivrednim vozilima putem GPS-a se tako naširoko koristi, jer se
parcele mogu preciznije istražiti.
Ovo područje nudi brojne uzbudljive mogućnosti. Kombinirajući mnoge
tehnologije i istraživačka polja može se doći do vrlo zanimljivih rješenja,
poput primjene nano oblaka. Oni su, u stvari, sićušni senzori koji mogu
otkriti okolišne čimbenike koji utječu na proizvodnju usjeva, poput
vjetra, vlage, temperature i vlage u tlu, na do 30 hektara polja. Takvi
visokotehnološki bežični senzori se već uspješno koriste u vinogradima
Kalifornije.
Drugi uređaj je sve više i više korištena bespilotna letjelica, što je daljinski
upravljana letjelica bez pilota koja pomaže poljoprivrednicima da “obilaze”
svoju zemlju u zraku te imaju bolji uvid u njihove usjeve. Lagani izviđački
zrakoplovi koji nisko lete mogu napraviti detaljne fotografije koje pokazuju
poljoprivrednike na vrijeme gdje i koliko herbicida im je potrebno koristiti
i gdje navodnjavati. Najnaprednije bespilotne letjelice rade infracrvene
fotografije visoke rezolucije lišća biljaka, koje pokazuju je li biljka dobila
dovoljnu količinu vode i hranjivih tvari ili ne. Štoviše, bespilotne se letjelice
također koriste za prskanje biljaka kao zaštitu od štetočina u Japanu; na
taj način biljke koje stvarno trebaju pesticide, njih i dobivaju.
75
Meso bez mesa
Očito je da je stočarstvo vrlo neučinkovito u pogledu
konzumiranja krme i količine korištenja zemljišta; čak je
i okrutno prema životinjama. Osim toga, stočarstvo je
glavni uzrok globalnog zatopljenja; njegovi nusproizvodi
onečišćuju i pitku vodu.
Čini se da se situacija ne može riješiti samo smanjivanjem
proizvodnje, već su potrebna radikalnija rješenja, pri
čemu znanost može pomoći. Istraživači eksperimentiraju
s proizvodnjom mesa životinja u laboratoriju od 2008.
godine. Dobili su uzorke tkiva od dva prosječna živa
goveda i počeli uzgajati mišićno tkivo iz ove kulture
mliječnih stanica. Na primjer, meso hamburgera sadrži 20
tisuća mišićnih vlakana. Meso proizvedeno na ovaj način
nije izmijenjeno genetski; stanice su iste jer su “evoluirale”
na konvencionalan način, kao dio žive životinje. Proces
je vrlo učinkovit, jer se 20 tisuća tona govedine može
proizvesti iz jednog uzorka. Ova metoda bi trebala smanjiti
uporabu zemljišta i vode stočarstva za 90% i potrošenu
energiju za 70%. Iako je još mnogo istraživanja potrebno
kako bi se uspješno proizvodilo meso za prehranu ljudi u
laboratorijima, ljudi su motivirani u pronalaženju rješenja:
organizacija zaštite životinja, PETA, je postavila nagradu
od milijun dolara za prvi istraživački tim koji uspješno
proizvede jestivo pileće meso.
Činjenice i podaci
70% – Zemljišta
koje uglavnom
koristi stoka.
50% – Polovicu
pitke vode
konzumira stoka.
50% – Stoka je
odgovorna za
polovicu stakleničkih
plinova.
76
Biste li
jeli kukce?
UN je nedavno objavio detaljno
izvješće o jestivim kukcima,
računajući na činjenicu da će
sve više i više ljudi biti prisiljeno
konzumirati kukce bogate proteinima
zbog nadolazeće krize hrane. Za
mnoge ljude, i pomisao na takvu
ideju je neprihvatljiv, ali moramo imati
na umu da pojedine kulture jedu
kukce tisućama godina; i kukci su još
uvijek na jelovniku dvije milijarde
ljudi širom svijeta.
Budućnost hrane:
mikroalge
Alge predstavljaju moguću perspektivu da mogu spasiti
svijet od gladi. Budući da su alge vodene biljke, one rastu
puno brže. S obzirom na tu činjenicu, jedan hektar algi je
u stanju proizvesti istu količinu proteina kao i 21 hektara
soje ili 49 hektara kukuruza. Osim toga, bioraznolikost algi
je ogromna: postoji više od 800 tisuća vrsta algi. Postoje
jednostanične i višestanične alge, kao što je 60-metarska
morska trava. Alge proizvode ugljikohidrate, proteine,
ulja, vitamine, sredstva za bojanje i organske tvari. To
omogućuje veliko korištenje algi u raznim industrijama,
kao što su hrana, hrana za životinje, kozmetika,
farmaceutska industrija, te proizvodnja biogoriva. Također
imaju drugu važnost: 90 posto planeta kisika proizvode
alge putem fotosinteze, time su i njihove prerađevine
pogodne za apsorpciju ugljikovog dioksida.
Fotobioreaktor
Razmnožavanje algi na industrijskoj razini
moguće je samo na umjetan način u našem
podneblju. Dakle, alge su proizvedene u
zatvorenim sustavima, u kojima je proizvodnja
optimizirana mješavinom umjetnog i prirodnog
svjetla i temperature. Ovu opremu su pozvali
fotobioreaktorima.
Alge koje se uzgajaju u fotobioreaktorima mogu se koristiti
za proizvodnju vrlo važnih sredstava, budući da promjene
optimalnih uvjeta uzrokuju stresnu reakciju, što često
rezultira u proizvodnji novih tvari , ili povećanoj proizvodnji
već proizvedene tvari. Takvi sustavi su na primjer
bioreaktori, koji su u stanju proizvesti vodik. Za neke
zelene alge je odavno poznato da su u stanju proizvesti
vodik: pod određenim okolnostima, oni troše hranjive tvari
koje nastaju tijekom fotosinteze, što se zove biofotoliza..
Oduzimanje sumpora i kisika stvara tako povećanu
proizvodnju vodika koji čini proizvodnju energije mogućom.
(Nedostatak sumpora “gasi fotosintezu”, čime proces
generiranja energije, u kojima se vodik također proizvodi,
postaje sve važniji za alge.) Mnogi su patenti stvoreni za
proizvodnju aktivnih tvari (kao što su sastojci lijekova,
prehrambeni dodatci), od kojih je jedan od najznačajnijih
algalno ulje, koje je vrlo zdravo: sadrži puno nezasićenih
komponenti, ali kao rezultat određenog stresa, omjer
omega-3 masnih kiselina se također značajno povećava.
Uzimanje omega-3 masnih kiselina je izuzetno važno,
međutim, mnogi ih ljudi ne konzumiraju dovoljno te je
omjer omega-3 / omega-6 kiselina neodgovarajući.
77
Pametna pakiranja hrane u budućnosti
U današnje vrijeme, gotovo jednaka količina istraživanja i razvoja
usmjerena je na način pakiranja hrane kao i na samu hranu.
Inovacije i rješenja znače da kartoni, filmovi i boce osiguravaju da
se hrana drži svježom i sigurnom. Međutim, osim sigurnosti hrane,
prioritet mora biti zaštita okoliša - što motivira znanstvenike da
razviju nove tehnologije.
Nova era
u pakiranju
Postoji nekoliko razloga za rastuće količine pakiranja hrane
u svijetu. Više od polovice svjetskog stanovništva živi u
gradovima, gdje nema mnogo opcija za samostalni uzgoj
hrane. 3,5 milijarde stanovnika gradova na Zemlji stoga
kupuju svoje proizvode izvan doma - a oni obično dolaze
zapakirani. Osim toga, raste broj samačkih kućanstava, koji
vole manje veličine porcija, a rastući trend jedenja u pokretu,
na pauzi za ručak, između obavljanja poslova, dovodi
do povećanja količine hrane koju je potrebno zapakirati.
Međutim, ambalaža za hranu,pakiranje završi u smeću
odmah nakon otvaranja i za značajan postotak ambalaže za
hranu, kao što je npr. plastika, PET boce ili limenke od metala
bezalkoholnih pića, trebaju desetljeća da se raspadnu.
Osim toga, zapanjujuća je ne samo količina ambalaže, već
i preostala hrana, osobito u razvijenim zemljama. Bacamo
ostatke hrane skupljene tijekom pripreme jela, kao i hranu
koju ne pojedemo. Najžalosnije je, međutim, da smo stavili
većinu hrane u smeće zajedno sa svojim pakiranjem: ono što
se ne jede na vrijeme će se pokvariti čak i bez otvaranja.
Činjenice i brojke
1,3 milijarde broj metričkih tona
proizvedene hrane - oko
jedne trećine ukupne
hrane - izgubljena ili
bačena svake godine u
svijetu.
95-115 kg - količina
jestive hrane po osobi
koja je izgubljena ili
bačena svake godine u
razvijenim zemljama.
78
Istraživači se suočavaju s ovim
složenim problemom kroz uvođenje
niza inovativnih rješenja za pakiranje.
Jedan od njihovih glavnih ciljeva je
značajno smanjiti količinu bačene hrane
produljenjem vremena za koje hrana
ostaje svježa u svom pakiranju. To
se može postići tako da odvoji hrana
od kisika, koji sprečava bakterije koje
razgrađuju da se množe. Njemački odjel
za plastiku BASF-a također je razvio
posebne kompozitne materijale, koji
se prvenstveno koriste za pakiranje
pladnjeva s narezanim mesom,
salamama i sirevima. Pladanj koji je u
kontaktu s hranom je poliamid koji je
istovremeno čvrst i fleksibilan te još
važnije: zadržava kisik i ugljikov dioksid.
Gornji je film na bazi BOPA-e (Biaksialno
orijentiran poliamid), koji je iznimno
fleksibilan, otporan na deranje i unutarnji
sloj služi kao barijera pri ulasku zraka.
Još jedna tehnologija pakiranja koja
čuva svježinu pakiranja je Pakiranje s
modificiranom atmosferom (MAP). S
ovom tehnologijom, zrak oko jestivog
proizvoda zamijenjen je zaštitnom
atmosferom posebno prilagođenom
hrani. Jedan primjer je mješavina dušika i
ugljikovog dioksida. Ovi sporo-reagirajući
plinovi zamjenjuju kisik i usporavaju
rast bakterija, a sve bez korištenja
konzervansa.
sigurne za okoliš. To je cilj kojem služi
biorazgradiva plastika: materijal s kojim
se sve više i češće susrećemo jer su
mnoge vreće za smeće i torbe izrađene
od njega. Tvrtka kemijske industrije
BASF vodeća je u razvoju razgradivih
plastičnih masa. Njen poliester Ecoflex®,
proizveden pomoću bakterija i gljivica,
vode, ugljikovog monoksida i bio-mase,
raspada se u roku od nekoliko tjedana
bez ostavljanja ostataka. Ecoflex® se
koristi kao prevlaka za papirnate čaše,
za vakuumirano pakiranje hrane i vrećice
koje se mogu koristiti za kompostiranje
kod kuće.
Osim osiguravanja higijene, još jedan
važan cilj istraživača prehrambene
industrije jest stvaranje ambalaže
79
Kako
kompostiranje
funkcionira?
Kompostiranje je biološki
proces, u procesu kojega
se organski otpad (kao
ostaci hrane, čaj, vrtni otpad)
pretvaraju u tvar sličnu
humusu kao rezultat prirodnog
raspadanja. Ova tvar se naziva
kompost, koji se, primjerice,
može koristiti za poboljšanje
plodnosti tla.
?
Jeste li znali
• Aditivi također mogu pomoći kako bi materijali
za pakiranje reciklirali. Povećanje stope
recikliranja, smanjenje materijalnih potreba
BASF proizvoda koji doprinose postizanju
ciljeva smanjenja materijalnih uvjeta i povećanje
stope recikliranja uključuju aditive, koje
čine plastiku više elastičnom i otpornom na
starenje i kidanje. Koriste se u procesima
kao što je reciklaža PET boca od pića. Aditivi
koji pripadaju BASF-ovoj obitelji Joncryl®
osiguravaju da reciklirani materijal dobiva
kvalitetu novog PET-a. Štoviše, papirne
kemikalije iz BASF-a omogućuju proizvodnju
novog papira i kartona od recikliranih vlakana.
Pakiranje:
inteligentni
inspektor hrane
Teško je odrediti točan datum isteka
kvarljivoga prehrambenog proizvoda,
jer to uvelike ovisi o temperaturi
skladištenja. Prehrambeni proizvod
može se pokvariti brže na 8-10°C
u hladnjaku nego na 0°C. Zato se
inteligentni pokazatelji razvijaju za
prehrambenu industriju koji odmah
otkrivaju ako hrana više nije jestiva.
Švicarski znanstvenici grade “mirisne
sustave” na pakiranjima hrane za
praćenje kvalitete hrane. Sustav
mjeri temperaturu, vlagu i promjene
nekih drugih spojeva. Sadržaj etilena
mijenja se kad voće dozrijeva, a pojava
heksanola pokazuje da se pokvarilo.
No senzori otkrivaju prisutnost drugih
uzročnika i učinaka UV zračenja, kao
i curenje, sušenje i druga oštećenja
paketa. Obojeno pakiranje znači loše
vrijednosti, i paketi mogu postati
nemogući za otvaranje.
Dilema dana isteka također ne promiče
smrznutoj hrani, jer ne možemo
biti sigurni da je hrana pravilno
duboko smrznuta. Indikator vremena
temperature, koji je razvio BASF,
pomaže nam pratiti hranu na putu od
proizvođača do prodavača, tako da
korisnici mogu na prvi pogled znati
gledajući etiketu je li proizvod stalno bio
duboko smrznut i pravilno skladišten
dok je stigao u klijentov zamrzivač.
Temperaturno osjetljiva tinta koristi
se za ispis na OnVu™ ICE oznake;
što je tamnija boja, bolje je održavana
hladnoća za ohlađenu i smrznutu
hranu.
Još jedna tehnologija koja može
pomoći provjeriti stvarno stanje hrane
je identifikacija radio frekvencije (RFID).
Elektronski čipovi koji se stavljaju na
ambalažu i zamjenjuju tradicionalne
barkodove sadrže sve važne informacije
o hrani, uključujući i njene sastojke,
alergeni tvari koje sadrže i, naravno,
datum isteka. RFID čipovi su brzi i
jednostavan za čitanje, a također se
mogu koristiti kako bi saznali kada
je točno hrana napravljena i kojom je
rutom konačno došla do dućana u
kojem je prodana.
Obojeno pakiranje znači loše
vrijednosti, i paketi mogu
postati nemogući za
otvaranje.
80
Svjetska senzacija: Prva
limenka koja se sama
hladi
Limenka koja se sama hladi može sniziti
temperaturu pića za 1°C u tri minute. ChillCan
sadrži cilindričnu komoru CO2 pod pritiskom, koja
završava ventilom koji se proteže kroz dno limenke
i završava gumbom. Kada korisnik pritisne gumb,
ventil se otvara i CO2 juri iz dna limenke i u zrak.
Dok se plin širi, on apsorbira toplinu iz okolnih
tekućina te snižava temperaturu. Posebna limenka
za pića - koja sadrži energetski napitak - već je
dostupna u Sjedinjenim Američkim Državama.
Jedite i
pakiranja?
??
Prema nekima, nova generacija pakiranja će biti drugačija
čak i u svojim funkcijama: ne samo da će pohraniti hranu,
nego će također i sama biti jestiva. Na čelu jestivog
pakiranja hrane je Dr. David Edwards s Harvarda, profesor
Prakse u biomedicinskom inženjerstvu. Edwards je zajedno
sa svojim timom znanstvenika stvorio jestivu membranu
izrađenu od biorazgradivih polimera i prehrambenih čestica
koje bi stajale na mjestu tradicionalne ambalaže, kao što
je celofan ili karton. Jestiva membrana ili “Wikicell”, djeluje
kao prirodno nađena “boca” slična načinu na koji kora ili
koža voća štiti plod, voćku. Edwards smatra da je moguće
pohraniti sve okuse unutar membrane Wikicell. Do sada je
njegov tim stvorio membranu rajčice koja sadrži gazpacho,
membranu grožđa s vinom iznutra i druge. Edwards je
također razvio prototip boce s premazom sličnim ljusci jajeta
koja se može odvojiti ili pojesti zajedno s membranom.
Ova tvar slična membrani nalikuje trenutno modernim
kapsulama deterdženta, u kojima tekući deterdžent drži
transparentni film poput folije, koji se otapa u perilici za
vrijeme pranja, kao rezultat dodira s otpadom.
Iako sada izgleda doista nezamislivo zagristi u sendvič
zajedno s ambalažom, jestivi će oblozi definitivno imati
značajnu ulogu u budućnosti. Više istraživačkih timova
radi na razvoju jestivih ambalažnih materijala u različitim
dijelovima svijeta - koji se mogu koristiti za pakiranje
bezalkoholnih pića, slatkiša, pa čak i svježeg mesa.
81
Dizajn u službi
održive ambalaže
Kao što je već navedeno, prošlo je vrijeme
kad je jedina funkcija pakiranja hrane
bila spremanje hrane i možda privlačenje
pozornosti kupaca svojim privlačnim
izgledom. Potonje je, naravno, još uvijek važno
- ipak, danas je glavni problem dizajnera
stvoriti pakiranje koje je u isto vrijeme vrlo
funkcionalno i prirodno. Zahvaljujući naporima
prema ovom cilju količina ambalaže hrane
izrađene od recikliranog papira je u porastu,
što je poželjno za pakiranje bioloških
proizvoda. Istraživači su, međutim, upozorili
da ti reciklirani materijali mogu sadržavati
ostatke tinte i štetnih mineralnih ulja. Iz tog
razloga, zbog aspekata sigurnosti hrane,
tanki zaštitni sloj mora biti postavljen između
recikliranog papira i hrane.
“Pametna boca” također može izgledati
impresivno na policama trgovina, koja nudi
prijelaz iz tradicionalnih krutih spremnika
?
prema fleksibilnim ambalažnim vrećicama.
Izrađena je od fleksibilnih filmova. Ova
konfiguracija nudi pakiranje koje se može
prenositi spljošteno prije punjenja i smanjuje
prostor potreban za odlaganje kad se njezin
sadržaj iscrpi.
Umjetnost dizajna ambalaže također
podrazumijeva označavanje i ispis. Štetne
uljane boje sve se više zamjenjuju prihvatljivim
bojama na bazi vode. U dizajnu naljepnica,
postići će se pravi proboj s pojavom prvih
pokretnih slika na ambalaži. Zvuči li to
futuristički? Pa, nekoliko skupina znanstvenika
rade na takvom rješenju i pakiranja s
pokretnim slikama se već provode u ispitnim
projektima. Razlog zašto to ne vidite u
trgovinama je taj što ih nijedan proizvođač ne
koristi jer su još uvijek vrlo skupi.
Jeste li znali
• Japan je citadela pakiranja
hrane: to je izvor mnogih
tipova pakiranja čiji dizajni
osvajaju nagrade. U Japanu
često primjenjuju bambus
i druge materijale biljnog
podrijetla u ambalaži, pa
su čak i tanjuri i štapići u
većini slučajeva također
izrađeni od vlakana
bambusa. Preuzimaju
vodstvo ne samo u
korištenju materijala, već
i u tehnologiji. Jedan od
njihovih ključnih otkrića
je Sustav zamrzavanja i
očuvanja ultra-svježine,
koji se koristi za pakiranje
sirove ribe. Ovaj sustav
brzog zamrzavanja koristi
izmjeničnu i istosmjernu
struje, visok “električni
potencijal”, u isto vrijeme
kako bi se brzo ohladio
proizvod bez oksidacije,
čime se smanjuje veličina
ledenih kristala koji nastaju
u stanicama hrane.
82
Znanost
zamrzavanja
Veličina ledenih kristala, koja se formira tijekom postupka
zamrzavanja, uvelike određuje kvalitetu smrznute hrane, jer
veliki kristali oštećuju stanične stijenke / membrane, tako
da nakon odmrzavanja hrana ne povrati svoj izvorni oblik.
Maleni kristali imaju manje štetan učinak. Veličina kristala
koji se oblikuju za vrijeme zamrzavanja - ili kada se istalože
iz otopine - ovisi o brzini dva procesa: formiranju jezgre i
brzini rasta kristala. Ako je prvi proces je brz, a drugi spor,
stvara se mnogo malih kristala ili čak kristala mikroskopske
veličine, obrnuto, stvara se nekoliko velikih kristala - u
prirodi postoje kristalni divovi težine nekoliko tona. Brzo
hlađenje povećava stopu nukleacije, zato je brzo hlađenje
omiljeno u prehrambenoj tehnologiji. Da biste to učinili,
najpogodniji je tekući dušik, koji može ohladiti hranu do
-196°C.
Fermentirani proizvodi
(kao što su sir i vino)
uvijek sadrže tvari koje
su otrovne u velikim
količinama.
Povećanje količine biogenih amina također može ukazivati
na propadanje proteina bogate hrane. Biogeni amini
tvore se od aminokiselina (proizvodi hidrolize proteine)
preko dekarboksilacije tijekom postupka fermentacije i
propadanja. Fermentirani proizvodi (kao što su sir i vino)
uvijek sadrže tvari koje su otrovne u velikim količinama.
Ukupna količina četiri glavna biogena amina - histamina,
tiramina, putrescina i kadaverina (potonji je “otrovni otpad”)
- ukazuju na kvarenje mesa. Takva inteligentna ambalaža
ili male ljepljive naljepnice već postoje da ukazuju na
povećanu količinu tih amina promjenom boje, što znači da
je meso pokvareno.
83
Znanost u kuhinji
Inovacije čine naš svakodnevni život ugodnijim zbog niza pogodnosti u
različitim životnim aktivnostima. Isto je i s prehranom čiji razvoj utječe na
svako područje našeg života. Prehrana će i gastronomija doživjeti takvu
promjenu u narednim desetljećima da nećemo čak ni znati što se nalazi
na našim tanjurima. Međutim, ono po čemu ćemo biti prepoznatljivi...
Pametna kuhinja,
inteligentni uređaji
Razvoj je kućanskih aparata, kao i sva
druga područja, određen promjenjivim
ljudskim potrebama. Želimo utrošiti manje
vremena na pripremu hrane, ali također
želimo jesti zdrave i hranjive obroke koji
su ukusni i dobro izgledaju. Osim toga,
također bismo željeli uživati u high-tech
kuhinjskoj opremi, jer smo već na nju
navikli u drugim područjima. Oprema za
kuhinje budućnosti pokušat će doći do
ovih ciljeva, što ćemo možda smatrati
fascinantnim baš kao što su naše bake
bile zadivljene kad su se prvi put susrele s
hladnjakom ili mikrovalnom pećnicom.
Kuhinje budućnosti pamtit će nas po
dobro opremljenim laboratorijima, gdje su
pametni uređaji zapravo različiti senzori
koji će primjerice prepoznati naš glas
kada uđemo u kuhinju, a rasvjeta će se
automatski upaliti. Naša će kuhinja znati
naše prehrambene navike i preporučit
će nam hranu, piće i općenito zdravu
prehranu koju će nam možda preporučiti
naš holografski kuhar. Zaslonom osjetljivim
na dodir odabrat ćemo područje koje
želimo zagrijati na štednjaku, a povrće
ćemo proizvoditi u hidroponiju –
kuhinjskom vrtu bez zemlje.
Uređaji će moći komunicirati jedni s
drugima, pa tako, ako izaberemo recept
za pečenu govedinu u digitalnoj kuharici,
pametni će hladnjak odmah pokrenuti
program odleđivanja mesa. Kad je riječ
o hladnjacima, inženjeri već dizajniraju
hladnjake o kojima bi na prvi pogled
mogli pomisliti puno stvari, osim one da
bi uređaj trebao biti u kuhinji. Takva je
jedinstvena ideja Bio Robot Refigerator
koncept, koji koristi posebnu tvar
poput gela koji drži i hladi hranu nakon
spremanja. Nije samo neobičan njegov
izgled, već je neobično i funkcioniranje
ovog hladnjaka nagrađenog za dizajn.
On nema motor ili drugu tradicionalnu
tehnologiju kao što većina hladnjaka
ima, već posebni biopolimer gel koji
rashlađuje na kemijski način. Koristite
se hladnjakom tako da zapravo samo
gurnete hranu u njegov bezmirisan i
neljepljiv gel, a on hranu čuva i rashlađuje
sve dok vam nije ponovno potrebna. Tvari
za hlađenje su ‘bio roboti’ svojstveni gelu
koji upotrebljava luminiscenciju – svjetlost
koja se stvara pri niskim temperaturama
– kako bi se hrana očuvala. Uređaj ne
rabi energiju za hlađenje te samo mu je
potrebna energija za rad male kontrolne
ploče.
84
SjeDNite NA HLADNjAk!
BASF-ovi inženjeri plastike također su stvorili hladnjak
budućnosti koji se gotovo isključivo temelji na posebnoj
plastici. zbog dobre obradivosti materijala, oblik Coolpure
1.0 hladnjaka nije uobičajena kocka: to je dizajnerski
predmet koji se također može koristiti za sjedenje u
kuhinji. Plastika ima dobar kapacitet izolacije što čini te
hladnjake uređajima koji štede energiju.
kUHANje i SAt
keMije U
jeDNOM
Prstohvat soli, šaka riže – sigurno nećemo
čuti ove izraze u kuhinji budućnosti gdje će
temperatura biti precizno određena u pola
Celzijeva stupnja, a vrijeme će se kuhanja mjeriti
u sekundama. to naravno ne znači da moramo
odustati od kreativnosti i eksperimentiranja u
kuhinji, što kuhanje pretvara u umjetnost, ali vrlo
će različiti kuharski postupci pomoći budućim
kuharima, što će zahtijevati gotovo znanstvenu
preciznost. Fizičke i kemijske procese koji se
koriste u molekularnoj gastronomiji razvili su
poduzetni kuhari i znanstvenici. Uskoro ćemo
moći kopirati te procese. Osnova ove nove
pripreme obroka je da poseban okus i teksturu
prehrambenim čudima daju sastojci koji su
posebnim tehnikama i high-tech uređajima
kemijski rastavljeni na male komadiće. Glavni je
koncept da se kuhanje promatra sa znanstvenog
stajališta, ali i kao svakodnevna aktivnost.
rezultat je novo i inovativno gastronomsko
iskustvo. kao rezultat, mogu se pojaviti
ekstremna jela poput pudinga od jabuka s
špagetima od borovnica, eksplozivnih okruglica
od graška ili molekularnog zraka od maline.
85
Gastronomske
reforme
Pojam molekularne gastronomije
stvoren je kad su se upoznali fizičar
Nicholas Kurti i fizikalni kemičar Hervé
Ovo. Fokus Mađara Nicholasa Kurtija
bio je termodinamika i radio je mnogo
eksperimenata s materijalima na
ekstremno niskim temperaturama. Bilo
mu je žao što ljudi znaju više o unutarnjoj
temperaturi zvijezde od unutarnje
temperature pudinga od riže, pa je odlučio
No, kako i od čega
su napravljeni ovi
specijaliteti?
Osim uobičajenih svakodnevnih namirnica, kao što su povrće
i voće, također su nam potrebni materijali koji mijenjaju
uobičajeni oblik i teksturu sastojaka. Ovi materijali i temeljni
procesi molekularne gastronomije redovito se koriste u
prehrambenoj industriji, iako je njihov izgled tu manje važan.
Kod molekularne kuhinje bit je da su jela neočekivana, što
znači da se njihov izgled i okus ne podudaraju na prvi pogled.
Biste li probali špagete da unaprijed znate da su okusa
crvene ribizle? Da li bi jeli kavijar da znate da ima okus vanilije
umjesto očekivanog ribljeg okusa?
Emulgiranje
Često je rabljeni aditiv emulgator
pasta koja se dobiva iz
životinjskih i biljnih masti. S ovim
materijalom se mogu kombinirati
komponente koje se ne miješaju
na koloidnoj razini, čime se
može postići nevjerojatan okus i
tekstura hrane.
upoznati javnost sa znanstvenom stranom
kulinarstva. On je bio taj koji je stvorio
pojam molekularne gastronomije i on je
također bio organizator prve konferencije
o molekularnoj gastronomiji. Duboko je
vjerovao da se kemija i fizika ne mogu
odvojiti od procesa u kuhinji. Stoga se
zalagao da kuhari imaju visoku razinu
znanstvenog obrazovanja.
Sada se možete upoznati s
nekim od procesa prilagođavanja
tekstura tvari potrebama
molekularne gastronomije:
Aeracija
U ovoj se metodi lecitin
ekstrahira iz prirodnih
sastojaka, kao što su
jaja ili soja, i koristi se za
pjenjenje i aeraciju ne samo u
molekularnoj gastronomiji,
već i u prehrambenoj
industriji.
Sferifikacija
Sferifikacija je tehnika kada tekućina
postane gel. Mogu se postići dvije
vrste rezultata: sporom gelifikacijom
cijeli materijal postaje želatina ili se
mogu napraviti kuglice u kojima ostaje
tekućina. (Potonje se odnosi na ime:
sferifikacija.) Alginat estrahiran iz algi i
kalcij klorida ima svojstva sferifikacije
jer ti materijali stvaraju spoj netopljiv u
vodi, koji tvori zaštitni sloj na površini
kapljice (aromatizirana, obojena
otopina alginata se ukapa u otopinu
kalcijeva klorida).
86
Toplo pjenjenje
Metil, materijal proizveden od
celuloze, koristi se za toplo pjenjenje
sastojaka. Njegova je glavna
značajka da se iznad 60°C dobro
želatinizira i postaje mekši tijekom
hlađenja. Stoga se on naširoko koristi
u prehrambenoj industriji za pripremu
neke unaprijed kuhane hrane,
dok se u umjetničkom
kuhanju koristi
kao ljepilo.
Tekući dušik
Nedvojbeno, najistaknutiji element
molekularnog kuhanja je kupka
tekućeg dušika. Na -196 Celzijevih
stupnjeva razne se namirnice mogu
zamrznuti u tekućem dušiku, što je
također popraćeno spektakularnom
parom. Na primjer, dovoljno je
pomiješati sastojke sladoleda, i on će
biti odmah zamrznut ako po njemu
izlijemo tekući dušik.
Također, možemo brzo
zamrznuti i meso.
Ultrazvučna
homogenizacija
Za miješanje sirovina različitog
polariteta, primjerice za nesmetano
miješanje ulja i octa, ultrazvučna
homogenizacija je učinkovitija od
mehaničkog miješanja. Oscilacija
zvučnog vala između 20kHz i 10MHz
uzrokuje kretanje materijala na
molekularnoj razini, tako da se više
komponenti, kao što su ulje i ocat,
mogu miješati i biti stvorene
savršene emulzije.
87
?
Jeste li znali
!
• Osjećaj dodira također može
utjecati na percepciju okusa.
Pokušajte! Probajte pojesti
kuglicu sladoleda sa zatvorenim
očima, dok dodirujete komad
baršuna: osjetit ćete da je
sladoled kremastiji. Zatim trljajte
komad šmirgl papira tijekom
kušanja. Osjećate li da tekstura
sladoleda ima više grudica?
Svjetski prvak
molekularne kuhinje
SAVJET
• Ako želite iskušati molekularnu
gastronomiju, možete nabaviti
neke osnovne alate s kojima
možete stvoriti neobična jela.
Primjerice sa ‘Spaghetti kit’ možete
napraviti jelo u obliku špageta
od bilo kojeg tekućeg materijala.
S ‘Caviar Box’ možete također
stvoriti male šarene kuglice od bilo
koje tekućine.
1
Danas se sve više i više poznatih kuhara koristi postupcima
molekularne gastronomije, ali je Heston Blumenthal osvojio
naslov „Najboljeg svjetskog kuhara“. U svom restoranu u
Engleskoj, gosti mogu uživati u specijalitetima poput hrskavog
zelenog čaja i limete koja čisti nepce, mariniranog Mignon
lososa s japanskim algama i vanilija majonezom ili puževom
kašom sa zelenim peršinom.
88
Idemo kuhati u vakuumu!
Većina kulinarskih procesa počinje
„na velikoj skali“, što znači da se prvi
put primjenjuje u velikim kuhinjama i
restoranima, te će tek kasnije biti na
raspolaganju za hobi kuhare. Isto se
dogodilo sa sve modernijim sousvide ili vakuum kuhanjem, kojeg su u
početku koristili samo Michelin kuhari,
no praktičnost izvedbe počela se sve
više i više širiti. Ovim postupkom mogu
se pripremiti ukusni i zdravi obroci
koji mogu ostati očuvani i do nekoliko
tjedana. Metoda se sastoji u tome da
se sastojci – meso, iznutrice ili povrće
– vakuumski zapakiraju i kuhaju u vodi
relativno dugo vremena, do 72 sata na
niskoj, konstantnoj temperaturi od oko
60°C. Vakuum je važan jer nedostatak
zraka sprječava oksidaciju hrane, tako
da neće doći do gubitka boje, a ni
aerobne se bakterije, odgovorne za
razgradnju, ne mogu razmnožavati u
hrani.
Prednost kuhanja u vodi na niskoj i
konstantnoj temperaturi jest i ta da
voda može polako, ali konstantno
prenositi toplinu na hranu, budući da ona
prenosi toplinu deset puta učinkovitije
od zraka. Meso postaje ukusnije jer je
manja termička razgradnja na 50 do 60
stupnjeva, a i masnoća također ostaje u
hrani. Posljednje, ali ne i najmanje važno,
hranjive tvari, minerali, sol i vitamini
također ostaju u hrani. Temperatura i
vrijeme kuhanja, naravno, razlikuju se
ovisno o sastojku; oni uglavnom ovise
o temperaturi tališta masti u mesu i
svojstvima proteina. Na primjer, trup
treba kuhati 24 sata na 54,5 Celzijeva
stupnja, ali bataci zahtijevaju 4-8 sati
kuhanja na 71 stupanj.
Neke sous-vide namirnice, kao što su
povrće, mogu se odmah konzumirati,
dok meso treba samo biti prženo s
nekoliko kapi ulja. Međutim, ako želite
kasnije jesti hranu, morate je ohladiti
naglim hlađenjem nakon što je izvadite
iz vode, što znači da hrana mora brzo
biti ohlađena na -3 stupnja. Zatim hrana
može sigurno biti pohranjena od 21 do
40 dana.
Činjenice i brojke
50% kuhinja
koje se koriste
sous-vide
tehnikom
redovito uštede
50% energije.
89
Isprintaj ručak
3D printanje nova je tehnologija koja može utjecati na
više područja našeg života i također neće zaobići niti
kuhinju. Pogodna i brza metoda izvorno je izumljena
za proizvodnju dijelova prototipa koji su dizajnirani na
osobnim računalima, za industrijsku proizvodnju, ali je
kasnije i prehrambena industrija otkrila tu metodu. Iako
mnogi ljudi niti ne razmišljaju o tome da jedu odreske koje
je napravio 3D pisač, pisač hrane brzo može
postati osnovni uređaj u kuhinji.
Kako funkcionira
3D pisač hrane?
3D tiskarski strojevi grade posebne materijale
pohranjene u spremnicima sloj po sloj, koji očvrsnu
jedni do drugih te time mogu biti stvoreni 3D objekti.
3D pisač hrane radi na istom principu, jedina je razlika
u tome što su materijali u spremnicima zamijenjeni s
jestivim materijalima poput ugljikohidrata, proteina u
prahu i vitamina. Pisač slaže ove komponente jednu
na drugu sve dok jestiva hrana nije spremana.
Printanje čokolade ili keksa više nije problem za
tvrtke koje se bave printanjem hrane. Nedavno je
poznati proizvođač keksi američki Oreo predstavio
isprintanu 3D verziju svog proizvoda. Sada programeri
rade na stvaranju složenije hrane kao što je pizza,
gdje se tijesto treba peći tijekom printanja, a rajčica i
drugi dodaci se mogu staviti na tijesto tek nakon tog
postupka.
90
ALi zAštO je tO tAkO
reVOLUCiONArNi
UređAj?
?
S jedne strane, može se prestati bacati hrana jer materijali u
spremnicima pisača nisu kvarljivi. U takvim su „spremnicima hrane“
ugljikohidrati, proteini, makro i mikro hranjive tvari i vitamini u obliku
praha; njihov rok trajanja može biti i do 30 godina.
još jedna velika prednost printanja hrane je to da omogućuje zdravu,
personaliziranu i raznoliku prehranu. recept se može odmah promijeniti
jednim gumbom, ovisno o konzumentu koji može biti starija osoba,
trudnica, dijete ili osoba na posebnoj dijeti. Dakle, ove nove kuhinjske
tehnologije ne fokusiraju se samo na udobnosti, već i na važnijem
faktoru: prehrana se može personalizirati i ljudima na posebnoj prehrani
lakše je udovoljiti.
jeste li znali
• 3D tehnologiju printanja hrane
podržava NASA, koja je potpisala
ugovor s jednim od društava
proizvođača pisača, jer se NASA
suočavala s poteškoćama kod
pružanja odgovarajuće količine
hrane astronautima u svemirskoj
postaji.
ONO Ste štO
jeDete
Ova izreka vrijedi već tisućama godina. Većina zagađivača
dođe u naše tijelo kroz namirnice koje konzumiramo, a
hrana je također izvor važnih hranjivih (esencijalnih) tvari;
stoga je vrlo važno ono što jedemo. raznolika je prehrana
ključna. Važan dio zdrave prehrane jest da se nutrijenti nužni
za funkcioniranje našeg tijela moraju unijeti u dovoljnim
količinama, bez obzira jesu li makronutrijenti (ugljikohidrati,
masti, proteini) ili mikronutrijenti (elementi u tragovima,
vitamini, antioksidansi). Namirnice koje poboljšavaju zdravlje
– ili funkcionalne namirnice – također su inovativne namirnice.
jedna od prvih i još uvijek najčešće prodavanih funkcionalnih
namirnica je jodirana sol. (jod je bitan element za normalno
funkcioniranje štitnjače.) inovativne tehnike kuhanja imaju
visoku hranjivu vrijednost jer čuvaju zdrave aktivne sastojke
hrane i stvaraju nove mogućnosti za integraciju tvari u istoj, a
ujedno i doprinose očuvanju našeg zdravlja.
Ova izreka
vrijedi već
tisućama
godina.
91
SADRŽAJ
Uvod2,3
Urbani život
Budućnost vode - kako znanost može utažiti našu žeđ?
4,5
6-11
Čist zrak - sa znanstvenim metodama
12-19
Moderni gradovi budućnosti
20-31
Pametna energija
32,33
Ispitivani izvori energije
34-43
Budući umjetni izvori svjetlosti
44-55
Nove perspektive u prometu
56-67
Održivi prehrambeni lanac
68,69
Kako prehraniti buduće generacije?
70-77
Pametna pakiranja hrane u budućnosti
78-83
Znanost u kuhinji 84-91
92
bilješke
93
94

- Bugenvila

(PDF, 920KB) - NLP & Coaching Akademija

13 Ova kemikalija se nalazi u brojnom voću i povrću

Priručnik tehnologije za održivi svijet

Zašto banka mora postavljati pitanja

“Sin Božji (...) me ljubio i predao samoga sebe za mene.” Gal 2, 20

Zaštita na internetu

Za ljude koji žele znati više o Inkontinenciji (nemogućnosti

Proizvodnja električne energije - Prednosti i nedostaci postojećih

E HB380 - ENERGY PLUS doo

ZAŠTITA NA RADU

Alverde proširenje registracije etiketa

primjene odabranih vrućih alkalijskih para

Born to be gay. Historija homoseksualnosti. Drugo, izmjenjeno