OIE - Zbornik radova 2011_Korice.ai 1 4.1.2012 9:22:54 ISBN 978-99955-49-72-5 OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I ODRŽIVI RAZVOJ Međunarodni naučni skup / International Scientific Conference OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I ODRŽIVI RAZVOJ RENEWABLE ENERGY NERGY SOURCES AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT ZBORNIK RADOVA PROCEEDINGS Banja Luka, 2 – 3. juni 2011. ZBORNIK RADOVA / PROCEEDINGS POKROVITELJI KONFERENCIJE: AKADEMIJA NAUKA I UMJETNOSTI RS MINISTARSTVO NAUKE I TEHNOLOGIJE RS MINISTARSTVO INDUSTRIJE, ENERGETIKE I RAZVOJA RS SPOLJNOTRGOVINSKA KOMORA BIH APEIRON TV CHANNEL Međunarodni naučni skup / International Scientific Conference OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I ODRŽIVI RAZVOJ RENEWABLE ENERGY SOURCES AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT ZBORNIK RADOVA PROCEEDINGS UREDNIK: ESAD Jakupović POKROVITELJI KONFERENCIJE: AKADEMIJA NAUKA I UMJETNOSTI RS MINISTARSTVO NAUKE I TEHNOLOGIJE RS MINISTARSTVO INDUSTRIJE, ENERGETIKE I RAZVOJA RS SPOLJNOTRGOVINSKA KOMORA BIH APEIRON TV CHANNEL 2 – 3. juni 2011. Banja Luka Međunarodni naučni skup Obnovljivi izvori energije i održivi razvoj ZBORNIK RADOVA Urednik: Prof. dr ESAD Jakupović Izdavač: Panevropski univerzitet "APEIRON", Banja Luka, godina 2011. Odgovorno lice izdavača: DARKO Uremović Urednik izdavača: Mr ALEKSANDRA Vidović Tehnički urednik: SRETKO Bojić Štampa: "ART-PRINT", Banja Luka, d.o.o., grafika - dizajn – marketing, Banja Luka Odgovorno lice štamparije: VLADIMIRA Stijak- Ilisić Tiraž: 200 primjeraka EDICIJA: Ekološki inženjering – Summa Organica knj. 9 ISBN 978-99955-49-72-5 Radove ili dijelove radova objavljene u štampanom izdanju nije dozvoljeno preštampavati, bez izričite saglasnosti Uredništva. Ocjene iznesene u radovima i dijelovima radova lični su stavovi autora i ne izražavaju stavove Uredništva ili Izdavača. 2 ORGANIZACIONI ODBOR: Akademik Rajko Kuzmanović, počasni predsjednik Prof. dr Esad Jakupović, predsjednik Prof. dr Risto Kozomara Mr Siniša Aleksić Darko Uremović Prof. dr Lazo Roljić Prof. dr Branko Latinović Prof. dr Veljko Đukić Doc. dr Gordana Radić Doc. dr Milanka Aleksić Doc. dr Bogoljub Antonić Aleksandra Bajić PROGRAMSKI ODBOR: Akademik Momir Đurović, predsjednik Crnogorske akademije nauka i umjetnosti Akademik Dragoljub Mirjanić, generalni sekretar ANURS Akademik Branko Škundrić, ANURS Prof. dr Pantelija Dakić, dopisni član ANURS Prof. dr Esad Jakupović, “APEIRON” Prof. dr Spomenka Kobe, Institut Jože Stefan, Ljubljana Prof. dr Kemal Delijić, Univerzitet u Podgorici Prof. dr Miodrag Zlatanović, Univerzitet u Beogradu Prof. dr Dušan Ješić, Tehnički institut, Rijeka Prof. dr Ilija Katić, Univerzitet u Novom Sadu Prof. dr Milan Martinov, Univerzitet u Novom Sadu Prof. dr Aleksandar Knežević, Univerzitet u Sarajevu Prof. dr Nihad Fejzić, Univerzitet u Sarajevu Prof. dr Radoslav Grujić Univerzitet u Istočnom Sarajevu Dr Velibor Peulić, spoljnotrgovinska komora BiH PREDGOVOR Nauka nema grancia, ona pripada čovjeku i čovječanstvu. Panevropski univerzitet "APEIRON" je 2. i 3. jula 20111. godine organizovao I Međunarodni Naučni skup Obnovljivi izvori energije i održivi razvoj pod pokroviteljjstvom Akademije nauka i umjetnosti RS. Ministarstva nauke i tehnologije, Ministarstva energetike i industrije razvoja RS, Spoljnotrgovineske komore BiH, posvećen obnovljivim izvorima energije i održivom razvoju. Naučnici su upoznali skup sa značajem "Obnovljivih izvora energije i održivog razvoja" i naučno razmatranje ovog problema primenjeno na našu sredinu. Međunarodni Naučni skup "Obnovljivi izvori energije i održivi razvoj" bi trebalo da bude naš mali doprinos razumijevanju interakcije čovjeka, prirode, nauke, tehnologije, mogućnosti razvoja na principima Obnovljivih energetskih resursa, pri čemu priroda svojim regerenativnim sposobnostima daruje čovjeka, a čovjek svojim sinbioznim shvatanjima planski i sistemski pristupa razvoju društva ne uništavajući prirodu koja je garant njegovog opstanka. Zadatak je da naše društvo pripremimo za globalne ekonomske ,da shvatimo značaj sopstvenih energetskih resursa. Problem obezbjeđivanja dovoljne količine, čiste, ekonomski isplative energije kao kontinuiranog ekonomskog potencijala je kompleksan, a njegovo rješenje se nalazi u multidisciplinarnim aktivnostima ekonomije, fizike, hemije, matematike, tehnologije, sociologije, etike, politike izd. Ekonomija energije se nalazi pred svima nama. Proizvoditi dovoljno energije za našu trenutnu ekonomsku barijeru, pravilno je distribuirati, osigurati njen neprestan dotok, njenu pravilnu preraspodjelu je ključ našeg opstanka. Kao zemlja sa neiskorištenim energetskim potencijalima, primorani smo i da udio "Obnovljivih izvora enerije i održivi razvoj" u cjelokupnoj proizvodnji energije stalno proučavamo. Ovaj Međunarodni Naučni skup će se baviti sveobuhvatnim i multidisciplinarnim sagledavanjem aktuelnosti u oblasti "Obnovljivih izvora enerije i održivog razvoja" i mogućnosti njihove primjjene za održivi razvoj, te da promoviše: Informisanost i obrazovanje u domenu "Obnovljivih izvora enerije i održivog razvoja" Zaštiti životne okoline 5 Ekonomičnost i praktična iskustva "Obnovljivih izvora enerije i održivog razvoja" Energetska efikasnost kao osnovno sredstvo smanjivanja enrgetske potrošne Naučni radovi obuhvataju problematiku istraživanja, projektovanja, razvoja i primjene naučnih dostignuća iz oblasti "Obnovljivih izvora enerije i održivog razvoja". Kao autori radova javljaju se ne samo istraživači sa instituta i fakulteta već i stručnjaci iz privrede koji se bave temama: Solarna energija Hemijskim izvorima enrgije Energijom vjetra Biomasom Geotermalnom enrgijom Malim hidrocentralama Alternativnim izvorima energije i održivim razvojem Na naučnom skupu je bilo 38 učesnika pored domaćih naučnika učestvovali su i naučnici iz Italije, Makedonije, Hrvatske, Crne Gore, Njemačke, Libije, Švedske, Slovenije, Bugarske i Norveške. Naučni odbor je odabrao radove i smatra da predloženi referati budu objavljeni u Zborniku i kritički ocijenjeni. U radovima se nalazi realna slika onoga što se radi u oblasti "Obnovljivih izvora enerije i održivog razvoja". Velika vrijednost ovog Zbornika e visok kvalitet referata i multidisciplinarnosti, što je i razumljivo s obzirom da su sutori radova najeminentniji naučnici i stručnjaci koji se bave istraživanjima "Obnovljivih izvora enerije i održivog razvoja". Zahvaljujem se autorima prihvaćenih radova. Predsjednik Organizacionog odbora Prof. dr Esad Jakupović 6 Predsjednik Programskog odbora Akademik Momir Đurović SADRŽAJ: PREDGOVOR.............................................................................................................. 5 SINTEZA I PROJEKTOVANJE EKOLOŠKO ODRŽIVIH TEHNOLOŠKIH PROCESA ..................................................................................... 9 Elvis Ahmetović, Nidret Ibrić ENERGETSKA (NE)EFIKASNOST U USLOVIMA GLOBALIZACIJE I ODRŽIVOG RAZVOJA......................................................................................... 15 Rade Biočanin INDUSTRIAL SYMBIOSIS AND ECO-INDUSTRIAL NETWORKS................ 30 Dijana Capeska Bogatinoska, Vineta Srebrenkoska BIOMASA KAO RESURS ZA PROIZVODNJU OBNOVLJIVE ENERGIJE - proizvodnja bioalkohola i biodizela .................................................. 37 Milorad Cakić, Vlada Veljković, Olivera Stamenković, Zoltan Zavargo, Katrin Müller-Hansen PROBLEMI SPROVOĐENJA MERA ENERGETSKE EFIKASNOSTI U PREDUZEĆIMA.................................................................................................... 50 Rastko Đurić SOLARNA ENERGIJA I NJEN UDIO U ENERGETSKOM BILANSU ............ 57 Aleksandra Đuričković, Veljko V. Đuričković SUSTAINABLE DEVELOPMENT IN MATERIALS ENGINEERING ............. 74 E. Fidancevska, W. Hoeflinger, R. Grujic, V. Srebrenkoska, J. Blazevska Gilev NOVI NAČINI NAPAJANJA TELEKOMUNIKACIONIH BAZNIH STANICA IZ OBNOVLJIVIH IZVORA ENEGIJE .............................................. 78 Esad Jakupović, Miroslav Tešić, Dragan Tešić, Igor Milaković, Admir Nušinović, Ljupka Tešić, Predrag Marjanović i Nenad Tešić SOLARNI SISTEMI I PRAKTIČNA ISKUSTVA SA NAJNOVIJIM TEHNOLOGIJAMA ................................................................................................. 91 Esad Jakupović, Miroslav Tešić, Dragan Tešić, Admir Nušinović, Ljupka Tešić, Predrag Marjanović i Nenad Tešić FOTONAPONSKE TEHNOLOGIJE ZA PROIZVODNJU ELEKTRIČNE ENERGIJE.................................................................................... 103 Branko Latinović, Dalibor Drljača SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF GREEN SOLVENT SEPARATION PROCESS ...................................................................................... 111 Kiril Lisichkov, Emilija Fidancevska, Radoslav Grujic, Vineta Srebrenkoska, Stefan Kuvendziev ŠUMSKA BIOMASA KAO OBNOVLJIVI ENERGETSKI IZVOR U R. SRPSKOJ – STANJE I PERSPEKTIVE ...................................................... 119 Srđan Ljubojević, Dane Marčeta 7 PRIMENA KONCEPTA NULTE EMISIJE U HEMIJSKOJ INDUSTRIJI .... 137 V. Mićić, B. Pejović, M. Tomić, R. Grujić, V. Aleksić, Z. Petrović HIDROENERGETSKI POTENCIJAL REPUBLIKE SRPSKE ........................ 143 Pantelija Dakić, Vesna Dakić, Željko Ratković ................................................................... 143 AKTIVNOSTI NA REALIZACIJI NACRTA STRATEGIJE RAZVOJA ENERGETIKE REPUBLIKE SRPSKE DO 2030. GODINE IZ OBLASTI OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE................................................................. 148 Željko Ratković, Stankovski Stevan, Pantelija Dakić, Spasoje Mučibabić EKONOMSKA ANALIZA MODELA MITIGACIJE KLIMATSKIH PROMJENA U ELEKTROENERGETSKOM SEKTORU BIH I OCJENA NJEGOVE IZVODLJIVOSTI ............................................................................... 160 Lazo Roljić, Murat Prašo, Đuro Mikić DOPRINOS OPERACIONALIZACIJI ISKORIŠTAVANJA ALTERNATIVNIH IZVORA ENERGIJE U REGIJI ........................................ 177 Viktor Simončič THIRD GENERATION OF SOLAR CELLS: COST-EFFECTIVE ALTERNATIVE TO SILICON ............................................................................. 190 Hristina Spasevska, Tanja Ivanovska SUSTAINABLE TECHNOLOGY AND ALTERNATIVE ENERGY SOURCES IN THE FOOD INDUSTRY ............................................................... 199 V. Srebrenkoska, M. Van Acker, M.Jasić, E. Fidancevska, R. Grujić ODRŽIVE TEHNOLOGIJE I ALTERNATIVNI IZVORI ENERGIJE U PREHRAMBENOJ INDUSTRIJI...................................................................... 206 Srebrenkoska V., Marc Van Acker, Jasic M., Grujić R., Fidancevska E TERMOELEKTRIČNI EFEKT I ISKORIŠĆENJE TOPLOTNIH GUBITAKA ............................................................................................................. 207 Siniša M. Vučenović, Jovan P. Šetrajčić SOLID OXIDE FUEL CELL - PERSPECTIVE OF SUSTAINABLE AND EFFICIENT SOURCE OF ENERGY .......................................................... 215 Saša Zeljković, Jelena Penavin Škundrić, Goran Krummenacher 8 SINTEZA I PROJEKTOVANJE EKOLOŠKO ODRŽIVIH TEHNOLOŠKIH PROCESA Elvis Ahmetović, Nidret Ibrić Univerzitet u Tuzli, Tehnološki fakultet, Univerzitetska 8, 75000 Tuzla, Bosna i Hercegovina Apstrakt: Pri sintezi i projektovanju novih, rekonstrukciji postojećih, ili analizi tehnoloških procesa u eksploataciji bitno je osigurati efikasno odvijanje procesa sa aspekta racionalnog korištenja sirovina i energije. Pored toga, potrebno je spriječiti nastajanje otpadnih materija u procesu, koje su štetne za okolinu, i minimizirati količinu otpadnih tokova (tečnih, čvrstih, gasovitih) koji se ispuštaju iz procesa u okolinu. U skladu s navedenim, projektovanje ekološko održivih tehnoloških procesa predstavlja kreativnu inženjersku aktivnost koja ima za cilj dobijanje efikasnog rješenja sa ekonomskog, ekološkog i socijalnog gledišta. Za dobijanje takvog rješenja, pored inovativne sposobnosti procesnog inženjera veliki značaj imaju sistemske metode (konceptualni pristup, pinch tehnologija, matematičko programiranje) i alati za sintezu i projektovanje procesa. U ovom radu su predstavljeni osnovni koraci u sintezi i projektovanju ekološko održivih procesa i prikazana primjena sistemskih metoda na konkretnom primjeru proizvodnje bioetanola, kao alternativnog izvora energije. Ključne riječi: sinteza, projektovanje, ekološko održivi procesi, alternativni izvori energije, bioetanol. UVOD Sinteza procesa predstavlja automatsko generisanje dizajn alternativa i odabir najbolje na osnovu nepotpunih informacija (Westerberg, 1991). To je kreativna inženjerska aktivnost čiji je suštinski cilj dobiti optimalnu topologiju procesa koja omogućava transformaciju polazne sirovine u finalni proizvod. S obzirom da je proces preko sirovina, finalnih proizvoda, i otpadnih tokova u interkonekciji sa okolinom u poslijednje vrijeme se poklanja sve veća pažnja inkorporiranju i načela ekološke održivosti pri sintezi odnosno ranom razvoju procesa. U tom smislu se nastoji imati veća efikasnost procesa sa stanovišta potrošnje i iskorištenja prirodnih resursa (sirovina, energije, vode) uz istovremeno sprječavanje nastanka zagađenja kao i zadovoljavanje ekoloških ograničenja na tokove koji se ispuštaju u okolinu. Međutim, uzimanjem u obzir svih navedenih stvari pri ranom razvoju procesa povećava se kompleksnost problema sinteze posebno u slučajevima kada je potrebno razmotriti i druge konfliktne kriterije. Problem sinteze postaje još kompleksniji u slučaju njegovog proširenja izvan proces- 9 nog nivoa u cijelom hemijskom dobavnom lancu (eng. chemical supply chain) koji obuhvata pronalazak, dizajn, proizvodnju i distribuciju hemijskih proizvoda (Grossmann i Westerberg, 2000). U tom slučaju je moguće imati bolje interakcije između pojedinih nivoa hemijskog dobavnog lanca što omogućava dobijanje boljih rješenja, ali s obzirom na veličinu i kompleksnost takvih problema njihovo modeliranje i rješavanje je otežano. Iz tog razloga jedan od glavnih izazova u oblasti sinteze, projektovanja i optimizacije predstavlja razvoj metodologija i efikasnih strategija za modeliranje i rješavanje problema sinteze (Biegler i saradnici, 1997; Grossmann, 2004; Grossmann i Guillén-Gosálbez, 2009; Kravanja, 2009; 2010). U zadnje vrijeme napravljen je značajan napredak u toj oblasti. Međutim postojeće mogućnosti strategija rješavanja nisu u dovoljnoj mjeri efikasne za velike i kompleksne probleme pa će iz tih razloga to biti jedan od glavnih istraživačkih izazova u procesnom sistemskom inženjerstvu u narednom periodu. Pristupi koji se mogu koristiti za sintezu procesa se baziraju na korištenju heuristike procesa (hijerarhijska dekompozicija) (Douglas, 1988), termodinamske analize (pinch analiza) (Linnhoff i ostali, 1994) i optimizaciji superstrukture (matematičko programiranje) (Biegler i ostali, 1997) ili pak mogu da čine kombinaciju navedenih slučajeva. Oni omogućavaju dobijanje optimalnih rješenja sa stanovišta efikasnosti i održivosti procesa. Cilj ovog rada je ukratko opisati osnovne korake sinteze procesa bazirane na optimizaciji superstrukture i prikazati neke od rezultata njene primjene na procesu proizvodnje bioetanola iz kukuruza u kome je cilj minimizirati potrošnju topline i vode. Sinteza i projektovanje procesa na bazi optimizacije superstrukture Sinteza i projektovanje procesa na bazi optimizacije superstrukture se provodi kroz tri suštinska koraka. Prvi obuhvata sintezu superstrukture procesa, drugi razvoj optimizacijskog modela i treći rješavanje optimizacijskog modela. Superstruktura predstavlja procesnu strukturu u koju su ugrađene sve fizički moguće interkonekcije između njenih konstitutivnih elemenata. Konstitutivne elemente čine procesne jedinice a interkonekcije predstavljaju tokove. Tokovi u superstrukturi mogu da se miješaju ili razdvajaju. Sintetizirana superstruktura sadrži više alternativa za odvijanje jednog procesa. Na bazi sintetizirane superstrukture vrši se razvoj optimizacijskog modela. Optimizacijski model se sastoji od funkcije cilja i njenih ograničenja. Funkcija cilja se minimizira (npr. ukupni troškovi) ili maksimizira (npr. profit) uz zadovoljavanje ograničenja koja mogu biti tipa jednakosti ili nejednakosti. Optimizacijski model može da sadrži diskretne i kontinuirane varijable, te ekološka ograničenja čime je omogućeno istovremeno dobijanje optimalnih rješenja sa stanovišta konfiguracije procesne šeme, procesnih parametara i zaštite okoline. Optimizacijski model može da bude formulisan kao problem linearnog programiranja (LP), nelinearnog programiranja (NLP) ili miješanog cjelobrojnog nelinearnog programiranja (MINLP). Modeliranje optimizacijskog problema može da se izvrši u npr. GAMS-u (General Algebraic Modeling System). Nakon faze razvoja i modeliranja optimizacijskog modela problema sinteze vrši se njegovo rješavanje. U zavisnosti od tipa problema (LP; NLP, MINLP, itd.) mogu da se koriste različiti solveri raspoloživi u GAMS-u (npr. CPLEX, MINOS, BARON, itd). U nekim slučajevima model može da bude kompleksan čime je otežano njegovo direktno rješa- 10 vanje sa raspoloživim solverima u GAMS-u. Takvi problemi su obično npr. nekonveksni MINLP modeli koji pored nekonveksnosti, kontinuiranih i cjelobrojnih varijabli mogu da budu i većeg formata pa je za njihovo rješavanje potrebno koristiti različite pristupe i strategije (npr. dekompozicija problema, linearizacija nelinearnih članova modela, itd.). Imajući u vidu sve navedeno, suštinsko pitanje koje se postavlja pri sintezi, projektovanju i optimizaciji procesa je: "Kako generički razviti superstrukturu i optimizacijski model specifičnog procesa i isti riješiti u cilju dobijanja najboljeg (globalnog) rješenja?" Navedeno pitanje predstavlja glavni izazov koji se postavlja pred procesne sistemske inženjere. Optimizacija procesa proizvodnje bioetanola iz kukuruza Iz razloga djelimične zamjene fosilnih goriva sve više se u svijetu proizvode biogoriva od kojih je najznačajniji bioetanol. Bioetanol predstavlja alternativni izvor energije i ekološki je prihvatljivo gorivo u odnosu na fosilna goriva. Bioetanol se može proizvoditi fermentacijom iz raznih obnovljivih sirovina koje sadrže ugljikohidrate. Proces proizvodnje bioetanola iz kukuruza se sastoji iz nekoliko faza. Prva faza obuhvata pripremu sirovine, druga fermentaciju supstrata, treća prečišćavanje bioetanola i četvrta sušenje ostatka. U pripremnoj fazi se vrši prečišćavanje sirovine, mljevenje, kuhanje, likvefakcija i saharifikacija. U toj fazi skrob se uz pomoć enzima pretvara u šećere, a šećeri u glukozu. U drugoj fazi, fermentacijom glukoza se uz pomoć kvasca prevodi u bioetanol. U trećoj fazi se u procesu destilacije i rektifikacije vrši izdvanjanje bioetanola i njegova dehidratacija s ciljem dobijanja proizvoda sa visokim sadržajem bioetanola. Iz ostatka procesa destilacije, koji uglavnom predstavlja smjesu vode i čvrste materije izdvaja se voda, a kao sporedni proizvod dobija smjesa koja se koristi kao stočna hrana. Detaljan opis navedenog procesa je raspoloživ u literaturi (Karuppiah i saradnici, 2008). U cilju smanjenja potreba grijanja i hlađenja u opisanom procesu moguće je primjeniti sistemske metode. U tom smislu izvršena je optimizacija i sukcesivna integracija topline: a) optimizacija superstrukture, b) superstruktura + MIT (mreža izmjenjivača topline); c) superstruktura + MIT + multiefekt destilacija, d) superstruktura + MIT + multiefekt destilacija + optimizirani refluksni odnos (slika 1). 90 Grijanje/Hlađenje (MW) 80 70 60 79,0 65,0 59,0 44,8 50 45,5 35,9 40 30 22,1 Grijanje 21,5 Hlađenje 20 10 0 a1 b2 c3 d4 Razmatrani slučaj Slika 1. Smanjenje potreba grijanja i hlađenja u procesu proizvodnje bioetanola iz kukuruza. 11 Iz predstavljenih rezultata (slika 1) uočava se da je smanjena ukupna potrošnja energije za grijanje (sa 79,0 na 35,9 MW) i hlađenje (sa 59,0 na 21,5 MW) u procesu. U industrijskoj praksi proizvodnje bioetanola potrošnja vode se obično izražava u galonima vode po galonu proizvedenog bioetanola. U skladu s time potrošnja vode za slučajeve a-d je predstavljena na slici 2. Dodatno smanjenje potrošnje vode može se postići implementacijom kružnih petlji za rashladnu vodu i paru/kondenzat te implementacijom superstrukture i optimizacijskog modela procesnih mreža vode (slika 3) (Ahmetović i saradnici, 2010). Slika 2. Potrošnja vode za slučajeve a-d. Slika 3. Potrošnja vode nakon implementacije superstrukture i optimizacijskog modela mreže vode sa slučajeve a-d. Implementacijom superstrukture i optimizacijskog modela mreže vode moguće je smanjiti njenu potrošnju do 1.54 galona vode po galonu proizvedenog etanola (slučaj d na slici 3) što je jedan od primarnih ciljeva u industriji proizvodnje bioetanola iz kukuruza. 12 ZAKLJUČAK U radu je istaknut značaj sistemskih pristupa pri sintezi i projektovanju procesa jer se njihovom primjenom mogu dobiti optimalna rješenja sa stanovišta ekonomskoekološke efikasnosti procesa. Nakon toga date su osnovne naznake pristupa baziranog na optimizaciji superstrukture. Za proces proizvodnje bioetanola iz kukuruza predstavljeni su rezultati dobijeni optimizacijom, sukcesivnom integracijom topline i primjenom procesnih mreža vode. Pokazano je da se integracijom topline mogu značajno smanjiti potrebe grijanja i hlađenja u procesu, i da je primjenom procesnih mreža vode moguće smanjiti potrošnju vode do vrijednosti kojoj se teži u procesu proizvodnje bioetanola iz kukuruza. Buduća istraživanja u sintezi procesa bi mogla biti proširena izvan procesnog na ostale nivoe hemijskog dobavnog lanca koji obuhvata pronalazak, dizajn, proizvodnju i distribuciju hemijskih proizvoda što će zahtijevati kreiranje novih metodologija i strategija za rješavanje takvih problema i imati značajan uticaj na održivi razvoj hemijske industrije. ZAHVALE Zahvaljujemo se Federalnom ministarstvu obrazovanja i nauke Bosne i Hercegovine za finansijsku podršku. LITERATURA [1] Ahmetović, E., Martín, M., Grossmann, I. E. (2010). Optimization of Energy and Water Consumption in Corn-Based Ethanol Plants. Industrial & Engineering Chemistry Research, 49, 7972–7982. [2] Biegler, L. T., Grossmann, I. E., Westerberg, A. W. (1997). Systematic methods of chemical process design. New Jersey, USA: Prentice-Hall. [3] Douglas, J. M. (1988). Conceptual design of chemical processes. New York, USA: McGraw-Hill, Inc. [4] Grossmann, I. E., Westerberg, A. W. (2000). Research challenges in process systems engineering. AIChE Journal, 46 (9), 1700–1703. [5] Grossmann, I. E., Challenges in the new millennium: product discovery and design, enterprise and supply chain optimization, global life cycle assessment (2004). Computers and Chemical Engineering, 29, 29–39. [6] Grossmann, I. E., Guillén-Gosálbez, G. (2009). Scope for the application of mathematical programming techniques in the synthesis and planning of sustainable processes, Design for energy and the environment. Proceedings of the seventh international conference on the foundations of computeraided process design, edited by M. M. El-Halwagi i A. A. Linninger), CRC Press, 55-76. [7] Karuppiah, R., Peschel, A., Grossmann, I. E., Martín, M., Martinson, W., Zullo, L. (2008). Energy optimization for the design of corn-based ethanol plants. AIChE Journal, 54, 1499–1525. [8] Kravanja, Z (2009). The development of an advanced systems synthesis environment: integration of MI(NL)P methods and tools for sustainable applications. Computer Aided Chemical Engineering, 26, 25-35. [9] Kravanja, Z. (2010), Challenges in sustainable integrated process synthesis and the capabilities of an MINLP process synthesizer MipSyn. Computers and Chemical Engineering, 34, 1831–1848. [10] Linnhoff, B., Townsend, D. W., Boland, D., Hewitt, G. F., Thomas, B. E. A., Guy, A. R., Marsland, R. H. (1994). A Users Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy. Institution of Chemical Engineers. 13 [11] Westerberg, A. W. (1991). Process engineering, perspectives in chemical engineering, research and education. In C. K. Colton (Ed.), Advances in chemical engineering, Boston (499-523): Academic Press. [12] Yang, Y, Shi, L. (2000). Integrating environmental impact minimization into conceptual chemical process design-a process systems engineering review. Computers and Chemical Engineering, 24, 1409-1419. SYNTHESIS AND DESIGN OF ENVIRONMENTALLY SUSTAINABLE PROCESSES Elvis Ahmetović, Nidret Ibrić University of Tuzla, Faculty of Technology, Univerzitetska 8, 75000 Tuzla, Bosnia and Herzegovina Abstract: In the synthesis and design of a new plant, retrofit an existing plant, or a plant analysis in exploitation, it is necessary to provide the efficient plant operation with aspect of rational use of raw materials as well as energy. In addition, the production of waste materials in the plant that can be harmful for the environment should be prevented and amount of waste streams (liquids, solids and gases) discharged to the environment must be minimized. According to this, the synthesis and design of environmentally sustainable processes is a creative engineering activity in which the efficient solution of a problem with economic, environment and social aspect could be obtained. In order to achieve that beside innovative skills of process engineer, systematic methods (conceptual approach, mathematical programming or hybrid approach) and tools for the synthesis and design play an important role. In this work the basics steps in the synthesis and design of environmentally sustainable processes are presented followed by application of systematic methods to an illustrative example of bioethanol production as an alternative source of energy. Keywords: synthesis, design, environmentally sustainable processes, alternative source of energy, bioethanol. 14 ENERGETSKA (NE)EFIKASNOST U USLOVIMA GLOBALIZACIJE I ODRŽIVOG RAZVOJA Rade Biočanin Državni univerzitet u Novom Pazaru Rezime: Energetska efikasnost je već sada u centru rasprava u vezi sa promenom klime, zaštitom prirodnih resursa i isplativog snabdevanja toplotom i energijom. Zato što naša budućnost veoma zavisi od efikasne eksploatacije dostupnih izvora energije. Zahtevi u odnosu na energetsku efikasnost, očuvanje resursa i dugovoečnost objekata i dalje će se uvećavati. Doprinos ovog rada je upravo u fazi identifikacije aspekata kroz procesni pristup gdje je iniciran potpuno novi metod vrednovanja uticaja što je i najvažnija faza u snimku stanja kod implementacije serije standarda JUS ISO 14000. Na osnovu uporedne analize, za raspoložive podatke iz tri sertifikovane organizacije, uočena razlika u pristupima vrednovanja uticaja na životnu sredinu je inicirala stvaranje modela vrednovanja na bazi matričnog pristupa. Ukazano je takođe na neophodnost primene jedinstvenog i objektivnog metoda za ocjenjivanje uticaja na životnu sredinu u vanrednim situacijama. Cilj ovog rada je da se sagledaju uslovi bezebednosti i način prenošenja zagađenja iz eventualno zagađene radne u životnu sredinu i da se predlože optimalne mere za eko-bezbednost rada i zaštitu životne sredine, saglasno važećoj zakonskoj regulativi i međunarodnim preporukama. Ključne reči: životna sredina, globalizacija, energetika, kvalitet života, zagađivači, kvantifikovanje uticaja UVOD Krajem prošlog veka dostupnost i dovoljnost energije, posebno nafte i njene prihvatljive cene rezultirale su okretanju čovečanstva ka ubrzanom razvoju i industrijalizaciji) energetska efikasnost), bez mnogo razmišljanja o implikacijama ka drugim sektorima i uopšte životnoj sredini. Promene koje su se desile od brojnih energetskih kriza, uslovile su to, da preko brojnih međunarodnih organizacija, čovečanstvo sa dužnom pažnjom počinje da se odnosi prema energetskom sektoru i njegovom odnosu sa ekonomijom. Ekološkim problemima se nije poklanjala dovoljna pažnja. Nagomilavanje ugljendioksida i drugih štetnih gasova u atmosferi, pojava kiselih kiša, emisija GHG su doprineli jedinstvenosti posmatranja i rešavanja problema energije, eko-bezbednosti i ekonomije. Bez mnogo razmišljanja može se zaključiti da će se svet vrlo brzo naći u novoj energetskoj krizi. Ipak ne treba zaboraviti da će korelacija između upotrebe goriva i ekonomskog razvoja i dalje postojati. Osnovni razlozi poboljšanja energetske 15 efikasnosti vide se u okretanju ka kalitetnijim eko-gorivima, promenama u odnosima upotrebe energije, gde dominantan faktor predstavlja eko- kvalitet energije. U skladu sa direktivama EU i Strategijom razvoja energetskog sektora republike Srbije, Centralno-evropski forum za razvoj (CEDEF) pod pokroviteljstvom resornog Ministarstva u saradnji sa Agencijom za energetsku efikasnost, Privrednom komorom i Stalnom konferencijom gradova i opština, kontinuirano učestvuje u kreiranju i primeni koncepata energetske efikasnosti u centralno evropskom prostoru. Svake godine se realizuju brojne aktivnosti iz oblasti energetske efikasnosti sa ciljem podizanja svesti o značaju racionalne potrošnje energije i značaja koji to ima za održivi razvoj celog regiona. S druge strane, priroda postindustriskog društva i nastupajuća globalizacija sveta određuje život i sudbinu modernih poslovnih organizacija. Upravo zbog toga se danas definiše skala razvoja, u kojoj dominantno mesto zauzimaju čiste tehnologije kao osnova budućeg razvoja, istraživanje i primena ekološke ravnoteže, pod pokroviteljstvom brojnih država sveta. U ovom radu se tretira problematika nove globalne strategije modernih organizacija i njima eminentnih kadrova. Rad ukazuje na značaj novih komunikacionih modela u reinženjeringu poslovnih procesa i praćenje energetske efikasnosti kroz permanentnu zaštitu životne sredine i održiv razvoj. 1. Energetski razvitak čovečanstva Kraj XX i početak XXI veka karakteriše buran tehničko-tehnološkog, telekomunikacionog, informatičkog, kosmičkog i nuklearnog razvoja, uz ogromno zagađenje i narastanje opasnog otpada. Štete kako u ekološkom tako i u ekonomskom pogledu su ogromne. Ubrzan porast stanovništva na Zemlji i proces industrijalizacije nameću sve veće potrebe za prirodnim sirovinama, što je propraćeno sve većim iskorištvanjem prirodnih resursa. Navedene pojave dovode sve više do narušavanja prirodne ravnoteže i sve većeg zagađenja prirodne i geografske sredine. Prirodni resursi su prirodni kapital pretvoren u proizvodne jedinice koje ulaze u proces infrastrukturnog kapitala. U ovo se ubraja zemljište, drvo, nafta, minerali, kao i ostala dobra, koja se, manje-više, vade iz zemlje. Prirodni resursi jedne zemlje često određuju njeno bogatstvo i status i svetskom ekonomskom sistemu, ali određuju i politički uticaj te zemlje. Prošlih godina, crpljenje prirodnog kapitala, te pokušaj da se pređe na održivi razvoj, su bili glavni fokus razvojnih agencija. Ovja problem je posebno zastupljen u regionima sa prašumama, koji sadrže većinu zemljine bioraznolikosti - nezamenjivog genetičkog prirodnog kapitala. Očuvanje prirodnih resursa je glavni fokus u prirodnom kapitalizmu, ekologizmu, ekološkom pokretu i u stranke zelenih. Neki vide crpljenje resursa kao glavni izbor nemira i sukoba u zemljama u razvoju. Neki resursi su obnovljivi, ali im je potrebno mnogo vremena da se obnove. Glavni izvor energije još uvijek su fosilna goriva koja daju 85-90% energije. Nafta je najznačajnija s 35%, a ugalj i prirodni plin su podjednako zastupljeni. Gotovo 8% 16 energije dobija se iz nuklearnih elektrana, a tek 3.3% energije dolazi od obnovljivih izvora. Budući da ćemo u budućnosti morati podmiriti sve svoje energetske potrebe iz obnovljivih izvora energije, moramo izmisliti neki način kako pretvoriti obnovljive resurse u korisnu energiju i time osigurati dalji napredak čovečanstva. Iako se obnovljivi izvori energije troše, oni se ne iscrpljuju već se obnavljaju u određenom ritmu.Obnovljive izvore energije možemo podijeliti u dve glavne kategorije: tradicionalne obnovljive izvore energije poput biomase i velikih hidroelektrana, te na takozvane "nove obnovljive izvore energije" poput energije Sunca, energije vjetra, geotermalne energije itd. Iz obnovljivih izvora energije dobiva se 18% ukupne svjetske energije (2006.god.), ali je većina od toga energija dobijena tradicionalnim iskorištavanjem biomase za kuhanje i grijanje - 13 od 18%. Neobnovljivih izvora energije ima sve manje, a i njihov štetni uticaj sve je izraženiji u zadnjih nekoliko desetljeća. Sunce isporučuje Zemlji 15 hiljada puta više energije nego što čovečanstvo u sadašnjoj fazi uspeva potrošiti, ali uprkos tome neki ljudi na Zemlji se smrzavaju. Iz toga se vidi da se obnovljivi izvori mogu i moraju početi bolje iskorištavati i da ne trebamo brinuti za energiju nakon fosilnih goriva.Svetska ekonomija je samo u 1998.g pretrpela gubitak od 90 mil $,(42% veći od istog 1996.), na ime katastrofa izazvanih klimatskim promenama. Usled ekstremnih vremenskih prilika 32.000 ljudi je stradalo, a još 300 miliona je evakuisano i razmešteno iz svojih domova. Jasno da uzroke treba tražiti u neprirodnim katastrofama. Smanjenje šuma je uzrokovalo mogućnost brzog spuštanja padavina u reke, i pojavu nezapamćenih poplava. Ipak u svim ovim katastrofama veoma je vidljiva ruka čoveka. Nove vrste i velike količine energije na životnu sredinu su implicirale ogromne probleme koji su se gomilali poslednjih dva stoleća. Kao i svaka aktivnost čoveka i delatnosti elektro-energetike i naftne industrije utiču na životnu sredinu. Najveća zagađenja zabeležena su u najindustrijalizovanijim i najurbanijim zemljama, koje su izvor i pokretačka snaga razvoja. Sistem degradacije i zagađenja životne sredine proporcionalan je stepenu privredne razvijenosti i industrijalizacije, odnosno jasna je uzročno posledična veza stanja i razvoja privrede i životne sredine. Upravo zbog toga jasno su definisana tri osnovna principa održivosti razvoja: - razvojem se ne smeju bitno oštetiti bazični sistemi koji održavaju život na svetu (vazduh, voda, zemljište i biološki sistem); - korišćenje prirodnih resursa treba da bude ne samo pažljivije već i efikasnije nego do sada; - uspostavljanje održivih "ekoloških" društvenih sistema je nužnost i potreba na svim nivoima (lokalnom, nacionalnom i globalnom); - imperativ "zelenog" razvoja jeste smanjenje disproporcije između bogatih i siromašnih. 17 Danas sedam najrazvijenijih zemalja sveta G7 stvaraju 66.98% ukupnih svetskih priprihoda (13.149.990 mil US$) čineći samo 22.2% svetske populacije (674.594.000)1. I ako je svetski društveni proizvod u poslednjoj deceniji povećan za 23.8% (stanje 2000.g je 27.357.9 mlrd uS$), siromašni deo svetske populacije u svetskom prihodu učestvuje sa samo 10%. Hidro energija kao četvrti izvor u svetskom energetskom outputu učestvuje oko 7 %, sa prosečnom godišnjom stopom rasta od 2%. Drugi OEI (geotermalna, solarna, vetar, šuma i otpad) čine 0.8% u ukupnoj svetskoj proizvodnji primarne energije. Ovi izvori beleže povećanje od 74%, sa 138 mlrd kWh na 240 mlrd kWh, sa prosečnom godišnjom stopom rasta od 6.3%. Njihov razvoj je tek ušao u fazu intenziviranja. Energetika je više nego druge delatnosti poprimila globalne razmere, što je uzrokovano: - visokim zahtevima za energijom (usled povećanja broja stanovnika, povećanja kvaliteta i standarda života, ozbiljnog uticaja proizvodnje i potrošnje energije na životnu sredinu, i promenama koje se dešavaju na svetskom tržištu); - promenama geo-političko-ekonomske strukture razvoja sveta. Sa druge strane, svetska potrošnja energije u poslednjih 10 godina u proseku je povećana za 24.93%, dok je broj stanovnika u poslednjih 10 godina povećan 9%, sa tendencijom daljeg povećanja za 41% do 2020.godine. Kada se analiziraju problemi vezani za eko-bezbednost i održiv razvoj, ne treba zanemariti činjenicu da je u prošlosti bilo jednostavnije prelaziti sa „nečistih“ goriva (ugalj) na „čista“ goriva (nafta i prirodni gas), i tako rešavati probleme zagađenja životne sredine. U tom smislu proizvodnja, prerada i korišćenje goriva bili su prvenstvno pitanje kvaliteta i cena, dovodeći 60-tih godina XX veka, do problema koji su se godinama nekontrolisano nagomilavali, i dostigli nivo koji je rezultirao globalnim akcijama zaštite životne sredine2. Evidentno da je delovanjem energetskog sektora naše globalno okruženje ozbiljno ugroženo i da se time mora ceo svet ozbiljno pozabaviti. Naime, industrijski najrazvijenije zemlje, često same siromašne određenim prirodnim bogatstvima (Japan, Italija, Danska, Holandija) su njihovi najveći potrošači, a istovremeno najveći zagađivači geografske sredine. SAD sa 1/16 svetske populacije troše 1/3 svjetskih neobnovljivih izvora, dok zemlje bogate prirodnim resursima dosta olako daju svoja prirodna bogatstva uz minimalnu materijalnu nadoknadu (Afrika). Usled neracionalnog korištenja sve je veća iscrpljenost jednih prir. Resursa (obojeni metali, nafta) i sve veća degradacija drugih, zagađenje voda, zemljišta i vazduha, erozija tla, ugroženost flore i faune, globalne promjene klime. 1 SAD i Japan čine 6.79% svetskog stanovništva, dok u stvaranju svetskih prihoda učestvuju sa preko 4o %., mada ih sve više ugrožavaju Kina, Indija, Rusija,... 2 Tek kada se desi neka ekoloska katastrofa, poput havarije tankera 1999.g u vodama blizu V. Britanije (kada je zagađeno 400 km obale i uginulo 60.000 morskih ptica) podsetimo se koliko je priroda dragocena. 18 Slika 1. Globalna potrošnja primarne enerije Izgledi za energetsku budućnost: Kreativna adaptacija i inovacije, sa promenom društva; Inteligentni Hi-Tech, lokalno i globalno upravljanje energijom; ; ,Poboljšanjeefikasnosti i kvaliteta životne sredine i života); Energije i regeneraciju imaju nepredvidive (višeg redaveličine) i velike potencijale; Nuklearna energija i re-elektrifikacije za većinu stacionarnih energetskih potreba; Kogeneracija i integracija energije i nove industrije naglobalnom nivou ; Obnovljive biomase i sintetički C-atoma-hidroumesto fosilnih goriva; Advanced Energi Storage (sintetičkih goriva, naprednebaterije, vodonik, A s); Raspodeljuje solarni i drugih obnovljivih izvora energije(da popunite GAPA s). 2. Globalizacija i nužnost promena Pre 1980-ih godika XX veka pojam globalizacije gotovo je nepoznat. Danas se pojam upotrebljava vrlo često, svaki put kada se pokušavaju objasniti i razumeti promene koje su zahvatile društvo u celosti. Etimološki korijen je latinska reč globus = celokupan, ukupan. Oxford Dictionary of New Words tvrdi da je značenje reči oblikovano pod snažnim uticajem Marshalla McLuhana i njegove teze o globalnom selu. 19 Pojednostavljeno možemo reći da je globalizacija skup prekograničnih procesa, pokrenutih nezapamćenim razvojem moderne tehnologije, koji je doveo do ubrzanja ekonomskih procesa, koji se odražava u socijalnoj, političkoj, kulturnoj i svim drugim područjima sveukupnog života, dakle globalnog je, svetskog značenja. Ubrzan protok informacija, kapitala, usluga, proizvoda i ljudi, u svetu u kojem je promenjen značaj međudržavnih granica, stvorio je nove društvene, političke, ekonomske i kulturne odnose i svet potpuno drugačiji od onog kakav smo poznavali pje tih presudnih 1980-ih godina. Globalizacija je promena koja je zahvatila svet u globalu, sve od pada Berlinskog zida -čime je simbolično označen kraj bipolarne podele sveta na Istok i Zapad, sukobljene u Hladnom ratu, koji je trajao sve od zavšetka II sv. rata. Ona označava novi svetski poredak, u kojem vodeću silu, najnapredniju i najmoćniju zemlju predstavljaju S A D. Kao akteri globalizacije, globalizatori, tzv. Veliki igrači, navode se najbogatije zemlje sveta – SAD, EU, Japan, Kanada i multinacionalne korporacije, te transnacionalne organizacProces ¸¸Životna sredina za Evropu¸¸ prestavlja jedinstvenu saradnju svih članica Ekonomske komisije UN za Evropu ( UNECE ), koju je osnovao 1947g. Savet za ekonomska i socijalna pitanja, deluje u regionu, međuvladinih organizacija,regionalnih centara za životnu sredinu, nevladinih organizacija i ostalih zainteresovanih strana koje doprinose poboljšanju zaštite sredine i održivog razvoja. UNECE ima 56 zemalja članica iz S.Amerike, Evrope, zemalja oblasti Kavkaza i Centralne Azije i njihov glavni zadatak je da podstiče održivi ekonomski razvoj među državama članicama. Saradnja u okviru UNECE regiona odnosi se na oblasti ekonomske saradnje i integracije, energetike, životne sredine, populacije, statistike, drvne industrije, poljoprivrede, trgovine i transporta. Ta saradnja prvenstveno se odnosi kroz predlaganje okvira za harmonizaciju konvencija, normi i standarda. Komitet za politiku životne sredine, svoje akcije usmerava na sprečavanje narušavanja životne sredine, promovisanja održivog upravljanja resursima životne sredine i doprinosu konvergencije zemalja regiona UNECE, što vodi poboljšanju uslova životne sredine u regionu, prvenstveno putem implementacije ciljeva postavljenih u svojim dokumentima usvojenim 2003 i 2005g. 20 Slika 2. Investiranje na svetskoj berzi Globalizacija ima nekoliko dimenzija, područja u kojima se odvijaju i na koje utiču globalizacijski procesi. Bitno je naglasiti da te dimenzije nisu odvojene jedna od druge, nego je globalizacija sveukupnost njihove međupovezanosti i isprepletenosti. Proces ¸¸Životna sredina za Evropu¸¸ prestavlja jedinstvenu saradnju svih članica Ekonomske komisije UN za Evropu ( UNECE ), koju je osnovao 1947g. Savet za ekonomska i socijalna pitanja, deluje u regionu, međuvladinih organizacija,regionalnih centara za životnu sredinu, nevladinih organizacija i ostalih zainteresovanih strana koje doprinose poboljšanju zaštite sredine i održivog razvoja. UNECE ima 56 zemalja članica iz S.Amerike, Evrope, zemalja oblasti Kavkaza i Centralne Azije i njihov glavni zadatak je da podstiče održivi ekonomski razvoj među državama članicama. Saradnja u okviru UNECE regiona odnosi se na oblasti ekonomske saradnje i integracije, energetike, životne sredine, populacije, statistike, drvne industrije, poljoprivrede, trgovine i transporta. Ta saradnja prvenstveno se odnosi kroz predlaganje okvira za harmonizaciju konvencija, normi i standarda. Komitet za politiku životne sredine, svoje akcije usmerava na sprečavanje narušavanja životne sredine, promovisanja održivog upravljanja resursima životne sredine i doprinosu konvergencije zemalja regiona Politička dimenzija EfE (Environment for Europe) procesa, treba i ubuduće da bude otvorena za sve zainteresovane zemlje iz UNECE regiona, kao i za pitanja kojima ovaj proces može biti od značaja. Potrebno je obezbediti da predstojeći EfE proces ostane prikladan i u potpunosti u skladu sa potrebama u regionu i sa političkom i ekonomskom situacijom u razvoju, kao i sa prioritetima u pogledu životne sredine. Širom regiona promovisaće se razmena iskustava i dobrih rezultata u praksi među zemljama učesnicima. Daje se puna podrška zemljama regiona da poboljšaju svoju situaciju shodno njihovim specifičnim potrebama, obavezama, zahtevima i mogućnostima. Potrebno je aktivno partnerstvo sa civilnim društvima, uključujući privatni sektor, da bi se ojačali napori i iskustva u budućim ekspertizama radi poboljšanja životne sredine u regionu.UNECE, što vodi 21 poboljšanju uslova životne sredine u regionu, prvenstveno putem implementacije ciljeva postavljenih u svojim dokumentima usvojenim 2003 i 2005. godine. U fazi reforme EfE preporučuju se sledeća zapažanja: a) UNECE/CEP treba redovno da razmatraju i ocenjuju napredak ostvaren u okviru EfE procesa. b) UNECE da obezbedi sekretarijat za sledeću EfE koferenciju, c) OECD da nastavi da obezbeđuje sekretarijat za Radnu grupu EAR, ali bi neke od ovih funkcija trebalo postepeno da se prenesu na REC u istočnoj Evropi, Kavkazu i centralnoj Aziji, koliko im nadležnost to omogućava, počevši od podregionalnih, državnih zadataka do zadataka usmerenih ka projektima. d) Preporuka je da bi funkcije i aktivnosti komisije za izradu projekata trebalo da se inteziviraju u Evropskoj banci za obnovu i razvoj. Pozdravlja se ponuda Vlade Kazahstana da bude domačin na sledećoj konferenciji koja če se održati 20011g. Ministri i šefovi delegacija zahvaljuju se Vladi Srbije koja je bila domaćin šeste konferencije, kao i građanima u Srbiji na toploj dobrodošlici i gostoljubivosti. 3. Energo-komunikacija u doba globalizma Globalno društvo, koje i formalno sve više dobija i oficijelni okvir oličen u raznolikim regionalnim političkim integracijama i odgovarajućim metadržavnim institucijama koje postepeno osvajaju karakter pravno – obavezujućih, na “potpražnom” nivou već odavno živi, i poput reke ponornice, prožima čitavu planetu a sve preko svakovrsnih komunikacionih kanala. Nakon prvih satelitskih prenosa, negde tokom početka druge polovine prošlog stoleća, kada je ceo svet pratio razne kulturne manifestacije obojene futurističkim idealizmom (The Beatles na Mondoviziji izvode “All You Need is Love”), sledi pragmatični entuzijazam globalne humanosti (Live Aid, 1985.), što zatim inkarnira u turbulenciju političkih marketinških projekata 1990-ih, kada je satelitska televizija popunila ideološku “rupu” u Istočnoj Evropi nastalu padom berlinskog zida…A sve se recentno pretvorilo u globalnu komunikacionu mrežu “ispletenu” od strane svih isprepletanih vidova elektronskih tehnologija, od interneta do mobilne telefonije. 22 Slika 3. Izvozni potencijali globalizacije Svi raznoliki elektronski mediji su međusobno konektovani i interaktivni, granice među načinima formulisanja, slanja i primanja poruka se gube, kao što blede i državne granice, teritorije, suvereniteti, pa i nacionalni identiteti, skršeni i samleveni moćnim komunikacioniom kanalima, koji povezuju pojedince prema ličnom nahođenju i interesovanju, dok u nanosekundi preskaču hiljade kilometara prostora i svih drugih oblika ograničenja, uključujući i državne granice, naravno. I tako ulazimo u oblast “komunikacijskog raja” koji ujedinjuje slobodne pojedince iz svih krajeva… Otkud toliko nesporazuma i nerazumevanja, površnosti i trivijalnosti na mrežama kao posledica nedostatka stvarne i “dubinske” međuljudske komunikacije, i pored obilja tehnoloških pomagala i sveprisutne “on line” konektovanosti? Ono što je nesumnjivo je da se terabajti podataka prenose elektromagnetnim talasima i pikseli komunikacionih opštila bivaju zatrpani artikulisanim paketima informacionih jedinica koji simbolički predstavljaju slova i reči, što ih konzumenti percipiraju čulom vida i apsorbuju kao “sopstvene” slike. Slika se kreira pomoću usmerene ekscitacije na čepićima i štapićima retine oka. Eksitaciju procesuira neuronski sistem, a različiti delovi mozga rade paralelno na formiranju introjektovanih vizuelnih predstava preformulisanih od primljenog eksternog okolnog materijala izvan čoveka. Tu se završava “objektivnost” komunikacionog procesa. Stvar je u tome da informacione poruke, tj. slike (ili audio zapisi, tj zvučni talasi, kodirani u elektromagnetne transmitere pa opet, vrlinom tehnologije, amplifikovani i dekodirani u audio-talase ali ovaj put na drugom kraju sveta) bivaju samo prividno iste za pošiljaoca i primaoca. 23 4. Aspekti procene eko-bezbednosti Stogodišnji period ubrzanog razvoja sada visoko razvijenih zemalja sveta, tekao je bez preduzimanja odgovarajućih mera zaštite životne sredine. Najefikasniji način smanjenja zagađenosti moguć je kroz povećanje energetske efikasnosti: izborom korektnog energetskog izvora, upotrebom pravog „oruđa“ za proizvodnju, transformaciju i transport finalne energije i izborom novih tehnologija. Upravljanje organizacionim promenama u uslovima turbulentnog okruženja i u konfliktnim situacijama jedan je od najznačajnijih zadataka sa kojima se najviši organi zemlje ili regiona danas susreću. U uslovima savremene energetske egfikasnosti, „odlučivanje“ se odvija u uslovima tesnih vremenskih termina i sa nedovoljno pouzdanim podacima. To su okolnosti visokog rizika. Potrebno je pronaći načine za brže, lakše i kvalitetnije donošenje odluka po metodologiji O4-otkri, odluči, uništi i informiši. Znanje, kreativnost i veština predstavljaju “trojstvo” jedne profesije. Ako struka nije elementarno zasnovana na rezultatima nauke, ne uvažava potrebe njenog postojanja i potrebe primene rezultata naučno-istraživačkog rada u praksi, ona će stagnirati i uvek biti struka prošlosti. Otuda svaka država pa i naša treba da afirmiše naučnu misao i vrednuje je kao najviše nacionalno dobro, a naša zemlja za to poseduje kreativne predispozicije, naučni potencijal, materijalnu bazu i ostale naučnostručne osnove. Strategija jedne države, kao celovit i trajan program u savremenim uslovima treba da obezbjedi jedinstvene osnove angažovanja umnih, duhovnih i materijalnih potencijala zajednice, uz saradnju i uspešno funkcionisanje spoljne i unutrašnje politike, bezbjednost, prava na rad i zdravu radnu-životnu sredinu. Kvalitet životne sredine u direktnoj je vezi sa postizanjem ravnoteže između društva i prirode. Put realizacije ovog sklada uključuje: individualne akcije, djelovanje privrednih sistema i političkih subjekata, te raznih centara moći, eksperata kao i državni i međunarodni angažman. U duhu postindustrijalizma goruće pitanje postaje: U okviru energetske efikasnosti, kako izvršiti najbezbolniju intervenciju čovjeka nad prirodom i kako da se ona svede na najmanju moguću meru? U tom kontekstu, postavljen je i cilj ovog rada: - Akuelizovanje ove problematike, - Sticanje novih i proširenje znanja iz oblasti EIA i SEA, - Implementacija proširenih znanja i veština na svakodnevni posao bezbednosti i zdravlja na radu, - Usvajanje programa ''Managing Change'' - izmenjeni pristup, - Razmena iskustava sa drugim učesnicima iz zemlje, okruženja i JI Evrope oko EIA i SEA, 24 - Timski rad, kreativnost i samopouzdanje u vršenju ovoh poslova u okviru sistema kvaliteta izvrsnosti. Mnogi aspekti kvaliteta života u prethodnoj SFRJ i danas u našoj zemlji i susedstvu su istraživani u prethodnom periodu. Na osnovu njih može se steći opšta slika o kvalitetu života, koja je nezadovoljavajuća. Problem je što se na osnovu ovih istraživanja ne može realizovati precizna komparativna analiza kvaliteta života sa zemljama EU, Amerike ili Azije. Iz ovih razloga, nameće se potreba organizovanja za Unapređenje kvaliteta života (Life Q). Ciljevi i zadaci Udruženja proističu iz vizije Udruženja kvalitet života po svetskim standardima. Imajući u vidu standarde EU i drugih visokorazvijenih zemalja, iz svih oblasti života, ciljevi i zadaci Udruženja zasnovani su na najznačajnijim faktorima, definisanim na svetskom nivou, koji utiču na kvalitet života: - materijalno-finansijska moć okruženja, - bezbednost i sigurnost života , - održivi razvoj. Aspekti životne sredine predstavljaju prilično kompleksnu oblast i jednu od najzahtjevnijih tačaka standarda, obzirom da efikasnost upravljanja zaštitom životne sredine zavisi upravo od suštinskog i principijelnog poštovanja ovog zahtjeva. Autori ovog rada usmjeravaju organizovanu i znalačku aktivnost na problematiku kvantifikovanja uticaja na životnu sredinu u sistemu kvaliteta i održivom razvoju. Operativni principi EIA: Scrining, Utvrđivanje obima, Alternativna rješenja, Studija o procjeni uticaja, Ublažavanje i upravljanje eko-uticajima, vrjednovanje značajnih ekouticaja, Izvještaj EIA (donošenje odluke, monitoring i informisanje) i dr. Energetski sekor obuhvata: Generalna/opšta pitanja, Uticaj projekta na ljude, Uticaj projekta na čovjekovu okolinu, Uticaj projekta na biodiverzitet, Uticaj projekta na zemljište, vodu i vazduh, Uticaj projekta na upravljanje otpadom, hemikalijama i ambalažom. Merni indikatori životne sredine: ‐ Procena životne sredine kao integrirane aktivnosti, ‐ Usklađivanje odnosa proizvodnje elektrčne energije na fosilna goriva i obnovljivih izvora energije, ‐ Emisija gasova staklene bašte (tona/godišnje), ‐ Procjenat stanovništva koji ima pristup električnoj energiji, ‐ Potrošnja energije i dr. Imperativ modernog društva postaje smanjenje intervencije nad prirodom, a veće korišćenje znanja, informacija i novih tehnologija. Instrumenti i mere ekonomskoekološke politike koji na ovom putu moraju imati glavnu ulogu su: - internalizacija eksternalija, je postupak u kome eksterni troškovi postaju ″interni″; 25 - prohibicija (zabrana rada najvećih zagađivača) ili utvrđivanje podnošljivog nivoa zagađenosti, a da u slučaju drastične ugroženosti okoline ova mera mora da se sprovodi u skladu sa načelom ″Zagađivač mora da plati″); - reciklaža – postupak ponovne proizvodne upotrebe već iskorišćenih proizvoda (na ovaj način se smanjuje upotreba i potrošnja prirodnih resursa i redukcija konačne emisije štetnih materija); - favorizovanje ekološki prihvatljivih projekata posebno ″bezotpadnih″ tehnologija; - prevencija – kroz saradnju proizvođača energije, materijalnih inputa i korisnika eksternalija i kombinacije sa sistematskim proučavanjem ekoloških posledica, posledica privredno-tehnološkog zagađenja... širenjem eko-svesti i eko-obrazovanja. Što se pak tiče standarda ISO 14004 razlika je prilična jer se ISO 14004:2004 mnogo više i detaljnije bavi procesima identifikacije i značajnosti aspekata i uticaja na životnu sredinu. Koliku važnost novi standard pridaje ovom zahtevu ukazuje činjenica da je u ISO 14004 u okviru tačke Aspekti životne sredine formulisano 5 podtački kroz koje su date jasne smernice i preporuke za ispunjenje ovog zaheva. Ključna aktivnost je upravo identifikacija aspekata i uticaja na životnu sredinu. Standard ISO 14004:2004 ne odstupa od postavljene koncepcije identifikacije aspekata i uticaja utvrđene prethodnom verzijom samo detaljnije pojašnjava svaki korak posebno zadržavajući se na ključne elemente od posebnog značaja. Na taj način iako standard ostavlja orgaznicajima samostalan izbor kriterijuma i metoda za identifikaciju i kvantifikovanje aspekata on ipak jasnim smjernicama upućuje na bitne faktore koje treba razmotriti kako bi se svaka eventualna nedoumica izbegla. U poslednje vreme, ocenjujući da priroda ne bi mogla da podnese razvoj nerazvijenog dela sveta, razvijene zemlje nameću izuzetno stroge međunarodne regulative za ekobezbednost, stavljajući na taj način zemlje u razvoju u neuporedivo teži položaj u pogledu razvojnih mogućnosti. Tako npr. Deklaracijom Konferencije OUN (UNCED) definisano je 27 principa od kojih se posebno izdvajaju: - suvereno pravo države na korišćenje sopstvenih resursa i odgovornost da se time ne nanose prekogranične štetne posledice; - pravo na samostalni razvoj; - zaštita životne sredine, kao integralni i neodvojivi deo razvoja; - globalno partnerstvo država u cilju očuvanja, zaštite i obnavljanja zdravlja i jedinstvenog ekosistema; - napuštanje neodrživih oblika proizvodnje i potrošnje energije; - davanje prednosti preventivnom pristupu zaštite životne sredine; - efikasni propisi zaštite životne sredine koji donose države, uvođenjem internih troškova i ekonomskih instrumenata, saglasno načelu „zagađivač plaća“ itd. 26 Korealacija odnosa između prirodnih činilaca i ekoloških potenc Slika 4. Prirodni izvori energije i potencijali ZAKLJUČAK Uspešna primena eko-menadžmenta, tj. koncepta održivog razvoja omogućiće nesmetani industrijski rast, kvalitet životne sredine, zdravlje, kao i harmoničan život današnjih i budućih generacija3. Bez energičnog i rigoroznog obračuna sa daljim zagađivanjem ljudskog duha i životne sredine na svim nivoima, nema ni uspešnih rješenja problema u domenu materijalnih dobara i duhovnih vrijednosti. Uspostavljanje ovog sistema treba zasnovati na operacionim istraživanjima, a koji treba da odgovori na pitanje zadataka, činilaca, strukture organizacije, menadžmenta i informatičke podrške, kao i da osmisli osnovne parametre i procedure reakcije u sistemu kvaliteta zaštite i bezbednosti. Eneregtska efikasnost podrazumeva niz mera koje se preduzimaju u cilju smanjenja potrošnje energije, a koje pri tome ne narušavaju uslove rada i života. Cilj je svesti potrošnju energije na minimum, a zadržati ili povećati nivo udobnosti i komfora. Dok štednja energije uvek podrazumeva određena odricanja, efikasna upotreba energije vodi ka povećanju kvaliteta života, većoj konkurentnosti kompanija i privrede i eneregeskoj bezbednosti. Rezultat povećane efikasnosti prilikom upotrebe energije su 3 Ekološki menadžment, prema definiciji ISO 14000 nije upravljanje životnom sredinom, već upravljanje organizovanjem ljudskim aktivnostima radi smanjenja negativnog uticaja i održivog razvoja. 27 značajne uštede u finansijskom smislu, ali i kvalitetnija životna sredina, ydravlje i kvalitet života.. Ulaganje u proizvodnju električne energije iz obnovljivih prirodnih resursa nema alternativu budući da će ekološka strana tog procesa postajati sve važnija kako budemo napredovali ka EU i prihvatanju evropskih normi. Iskorištavanje energije vetra je važno kao zamenski izvor energije, termoelektranama i hidroelektranama koji su primarni izvori energije. Naša elektroprivreda mora da ulaže u obnovljive i ekološke izvore energije, jer zagađenje životne sredine je velika, a i neobnovljivi prirodni resursi će jednom nestati. U skladu sa postojećom zakonskom regulativom i pozitivnim iskustvima iz zemalja EU, u našem energetskom sektoru treba više pažnje posvetiti izveštavanju javnosti o stanju životne sredine. Energetski sektor zahvaljujući svojim resursima može biti lider u informisanju i edukaciji javnosti po pitanjima vezanim za životnu sredinu. Pored stručnih kadrova, neophodna su i znatna materijalna sredstva, jer treba rešavati nasleđene i tekuće ekološke probleme. Usaglašavanje propisa EU vrši se u domenu društvene ravni (harmonizacijom regulative od lokalnog i nacionalnog do regionalnog nivoa) i u domenu naučno-tehničke ravni (unifikacijom tehničkih standarda) na celom prostoru duž pomenutog koridora VII i X. Na taj način se gradi osnova za kvalitetnu ekokomunikaciju između svih učesnika, u okviru procene i sprovenje mera energetske efikasnosti u međunarodnoj ekonomskoj konstelaciji. Sigurno je da će svet morati da ubrza razvoj, a posebno primenu obnovljivih i čistih izvora energije, jer je to jedan od sigurnijih načina budućeg održanja ljudskog sveta. Na zemljama u razvoju je veliki teret. Teret tranzicije, želja za bržim razvojem i u tom smislu većem zagađenju postaće problem održivosti celog sveta. Bez globalnog rešavanja ovog problema i pomoći onih koji su te faze razvoja prošli ne može se očekivati veći uspeh. LITERATURA [1] [2] Berber S. Ekologija, UNIVERZITET U NOVOM SADU, 2006. Amidžić B., Biočanin R. Nuklearni udesi i zaštita, Nacionalna naučna konferencija sa međunarodnim učešćem "ETRAN-2005", 05-10. jun 2005. Budva. [3] Biočanin R. Naučna podrška upravljanju, Vojni informator br. 1-2, NIC “VOJSKA”, Beograd, 2004. [4] Biočanin R., Đukić V. Strateški menadžment u odbrani i zaštiti od NHB udesa, IX Medjunarodna konferencija " SymOrg 2004", 06-10. 06. 2004. Zlatibor. [5] Popadić-Njunjić V., Stokić D. Procena uticaja na životnu sredinu, uloga i informisanje javnosti, ENERGETIKA-2007. 27.03.-30.03. 2007. Zlatibor. [6] Biočanin R., Obradović M., Hyrlova J. Multicriteria optimizationof ekclogical-safety in transport of dangerous cargo, VIII Simpozijum „SAVREMENE TEHNOLOGIJE I PRIVREDNI RAZVOJ“, 23-24. oktobar 2009. Leskovac. [7] Jovanović J. i gr. autora: Kvantifikovanje uticaja na životnu sredinu primjenom Backrpropagation neuralne mreže, SYM-OP-IS 2007, 16-19. 09. Zlatibor. [8] Aleksić S., Rakić R., Biočanin R. Energetska efikasnost u funkciji očuvanja kvaliteta životne sredine, VIII Simpozijum „SAVREMENE TEHNOLOGIJE I PRIVREDNI RAZVOJ“, 23-24. oktobar 2009. Leskovac. [9] Uremović D., Jvanović N. Bočanin R. Ekspertsko ocjenjivanje naučnih projekata i programa razvoja u oblasti zaštite životne sredine, I Naučna konferencija „Ekoloska bezbjednost u postmodernom ambijentu“ ICAMA-2009, 26-27.jun 2009. Banja Luka. [10] Kostić A. Inženjering zaštite životne sredine, UNIVERZITET U BEOGRADU, 2007. 28 [11] Vukić M., Biočanin R., Urošević S. Model integrisanog sistema monitoringa i informisanja u strateškom planiranju prevencije rizika u sistemu kvaliteta, XXXIV Savetovanje sa međunarodnim učešćem „ZAŠTITA VAZDUHA 2006“, 24-25. 01. 2007. Beograd. [12] Biočanin R., Mihajlović M. Ekološka bezbjednost u postmodernom ambijentu i odlučivanje u vanrednimm situacijama, II KONGRES „ EKOLOGIJA, ZDRAVLJE, RAD, SPORT˝, 26-27. 06. 2009. Banja Luka. [13] Cvejić R., Biočanin R. Marković R. The strategy of environmental sustinability and its implication on the economy, International scientific conference, 31. 03. 2011. Belgrade. [14] Biočanin R.,, Badić M., Bakić R., Krkušić A. Energetska efikasnost i održivi razvoj u zastrašujućoj globalizaciji, Medjunarodni naučni skup »ENERGETIKA 2011«, 16-19. mart 2011. Zlatibor. [15] Đukić J. Zaštita životne okoline, Zavod za udžbenike i nastana sredstva, Sarajevo 1990. [16] Jovičić Ž. „Naša planeta Zemlja-stvarnost i vizije“, Geografski institut „Jovan Cvijić“, Beograd, 1997. [17] Jakupovć E. Nastavni materijal, Panevropski univerzitet „APEIRON“ Banja Luka, 2011. ENERGY (IN) EFFICIENCY IN CONDITIONS OF GLOBALIZATION AND SCARY FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT Abstract: Energy efficiency is now at the center of discussions about climate change, protection of natural resources and cost-effective supply ofheat and energy. Because our future depends much on the efficient exploitation of available energy sources. Requirements in relation to energy efficiency, resource conservation and stfacilities will ontinue to increase. The main addition of this paper is in the phase of identification of aspects through process approach, where a completely new method is initialized of influences. This is I, the most important phase of definition of current stage in implementation of standards JUS ISO 14000. Based on comparative analysis, with available data from three certified organizations, difference in approaches of quantification of influences on environment, results with development of a new method of quantification based on matrix approach. The aim of this paper is to oversee safety conditions and way of transmitting pollutions from eventual polluted work environment into life environment and to suggest optimal measures for eco-safety of work and life environment, according to legal regulative and international recommendations. Key words: environment, globalization, energetika, qualiti of life, polutations, quantification influence 29 INDUSTRIAL SYMBIOSIS AND ECO-INDUSTRIAL NETWORKS Dijana Capeska Bogatinoska1, Vineta Srebrenkoska2 1 Oktomvri Eurokompozit AD Prilep, R. Makedonija, phone:38970316450, [email protected], 2 University Goce Delcev, Faculty of Technology, Stip, RM, [email protected] Abstract: A key point in progressing towards a sustainable society is finding means to reduce the environmental load of industrial activities. For this, we need the reorganization of industries. The Zero emissions concept is a shift from the traditional industrial model to integrated system in which everything has its use. This concept envisions all industrial inputs being used in final products or converted into valueadded inputs for other industries or processes. In this way, industries are reorganized into eco-industrial networks such that industry’s wastes or by-products are fully matched with the input requirements of another industry and the integrated whole system produces no waste. This linking of industry is called industrial symbiosis. Industrial symbiosis, as part of the emerging field of industrial ecology, demands resolute attention to the flow of material and energy through local and regional economies. Key Words: zero emissions, industrial symbiosis, eco-industrial networks INTRODUCTION All natural resources are finite and the faster we use them, the sooner they will disappear. Mankind has existed for over a million years, but the situation has changed totally due to the large numbers of people on the Earth and their increased dependence on natural resources. Running out of energy and other raw materials is inevitable. Our social-industrial system is unsustainable. It consumes and emits a huge amount of raw materials and energy, without (or with little) consideration of long-term effects on ecosystems and the future generations. Also, it generates vast amounts of waste and byproducts which are disposed and have negative impact on our environment. So, we have to take an action – we must conserve our natural resources by maximizing the usage of raw materials and elimination of waste. It requires humans to do more with whatever they produce. This concept is called “Zero emission”. In practice, Zero emission concept means conversion and use of process outputs as inputs for other processes. That means that one industry’s waste stream can be used by another as a primary resource. 30 In order to facilitate an exchange of materials and resources, companies need to work together to determine what unwanted by-products and waste exist, and what their potential applications are. Industrial symbiosis engages traditionally separate industries in a collective approach to competitive advantage involving physical exchange of materials, energy, water and/or by-products. In this way, industries are reorganized into eco-industrial networks such that one industry’s wastes or byproducts are fully matched with the input requirements of another industry and the integrated whole produces no waste. ZERO EMISSION CONCEPT The concept of zero emissions is based on improving technologies and processes to the point of maximum resource productivity and virtually no waste. This goal can be approached in a number of ways, including technological innovation, pollution prevention, cleaner production, by-product synergy or industrial ecology. All of these are ways of eliminating wastes or turning wastes into profitable resources, while preventing harm to environmental and human health. Zero emissions represent a shift from the traditional industrial models in which wastes are considered as a norm, to integrated systems in which everything has its use. This concept envisages all industrial outputs being used in final products or converted into value-added and low-cost inputs for other industries or processes. Energy and material synergetic process, cascade use of materials, process networking and thus industrial clustering are required in industries for complete use of resources and thus for emission minimization. INDUSTRIAL ECOLOGY (IE) Industrial ecology is the study of material and energy flows through industrial systems. The name comes from the idea that we should use the analogy of natural systems as an aid in understanding how to design sustainable industrial systems. IE uses the metaphor of sustainable natural ecosystem as a model for transforming unsustainable industrial systems [2]. In essence, the field of industrial ecology is oriented at researching ways of incorporating ecological theories, functions and limits into the design of industrial production systems, processes, and products, transforming the current system from a linear to a circular system. It is concerned with the shifting of industrial process from linear (open loop) systems, in which resource and capital investments move through the system to become waste, to a closed loop system where wastes can become inputs for new processes. There are at least three key elements of IE. The first element is its system approach where IE studies the whole system that includes the material and energy flows, rather than just studying a component of the system. The second element of IE is that it takes into consideration the material and energy flows in and outside a company boundary. 31 The third element is the use of key technologies as a crucial component to achieve the transformation from an unsustainable industrial system to a viable industrial ecosystem. Industrial ecology is based on two main premises: Nature can serve as a model (e.g. nothing is a “wasted”): By applying nature’s lessons, we can create diverse, stable, resilient, and efficient economic systems. “Systems” perspectives are key. Communities need to be examined in the context of the broader natural ecosystems on which they depend. ECO-INDUSTRIAL DEVELOPMENT (EID) Eco-industrial development is a subset of sustainable development but walks in largely uncharted territory. It also reflects the three Es of the sustainability territory: economy (increase business success), environment (decrease pollution and waste) and equity (eco-industrial development is an environmental justice strategy where placards are replaced by jobs, and toxics by transparent concern for workers and community health). In the context of sustainable development, eco-industrial development is arguably the goal with which the theory and practice are concerned. The goal of eco-industrial development is not to do the same with less. Its charge is to do far more with far less. The eco-industrial approach seeks to reduce business costs, increase competitiveness and productivity, and improve environmental performance. Industry is an instrument of human intention and, as such, can refocus itself in ways that profitably meet human and environmental needs. EID is a community of manufacturing and service business seeking enhanced environmental and economic performance through collaboration in managing environmental and resources issues including energy, water and minerals [3]. In essence, eco-industrial development is an overarching framework for the recreation of enterprises at micro level, how communities are organized and how we live and work at larger scales. INDUSTRIAL SYMBIOSIS (IS) Industrial symbiosis is based on the concept of industrial ecology and eco-industrial development. It refers to the network of product, by-product and waste exchanges that reduce the ecological footprint of industrial areas [1]. Industrial symbiosis, as part of the emerging field of industrial ecology, demands resolute attention to the flow of materials and energy through local and regional economies. IS engages different traditionally unrelated industries in physical exchanges of materials, energy, water and by-products that yield a collective benefit greater than the sum of individual benefits that could be achieved by acting alone. IS is achieved when two or more business cooperates and collaborates with each other by 32 using by-products or throw away material from each other. This would not only improve business performance by improving profits and attaining competitive advantage but also protect the environment by reducing waste and reducing use of natural resources. The term symbiosis builds on the notion of biological symbiotic in nature where otherwise unrelated species living together, exchange in a mutually beneficial manner, so nothing is a “wasted”. Sustainable communities should mimic the symbiotic and synergistic relationships and exchanges that occur in natural ecosystems. In nature, ecosystems are powered by renewable, solar energy, and organisms fill niches, forming mutually beneficial symbiotic relationships with other organisms. This facilitates the cycling of materials and energy, as opposed to the traditional one use / once through resource flows common in traditional communities. Industrial symbiosis can be classified in tree groups: utility sharing and symbiosis among firms that are co-located (eco-industrial park), symbiosis among firms that are not collated and do not require strict geographical proximity (eco-industrial network) and symbiosis among firms that are virtually networked and could be spread at large distances (virtual eco-industrial network/park or industrial symbiosis network) e.g. regional network. It is evident from the most often cited example of Kalundborg IS in Denmark (Figure 1) that the industrial symbiosis approach could be a very successful one, though the limited examples of such successful initiatives to date prove that it is not easy to plan, develop and manage IS networks. Kalunborg IS is built as a networking co-operation among six processing companies, one waste handling company and the municipality of Kalundborg, and they are successfully able to exploit each other’s residual or byproducts on a commercial basis, minimizing pollution and optimizing the use of various resources [4]. The symbiosis evolved gradually and without a grand design over the past 25 years, as the companies sought to make economic use of their byproducts and to minimize the cost of compliance with new, ever-stricter environmental regulations. Bilateral exchanges of waste materials were primarily motivated by economic benefits, although as a result, tangible environmental benefits have been gained. Figure 1. Industrial symbiosis, Kalundborg, Denmark 33 Originally, the motivation behind the networking of industries at Kalundbord was to reduce costs by seeking income-producing applications for unwanted by-products. Gradually, though, industry managers and local residents realized that they were generating environmental benefits as well. This project has enabled its participants to achieve substantial cost savings and to improve their resource efficiency. Industrial symbiosis and by-product synergies can evolve naturally as businesses become aware of the availability of resources that otherwise would have been discarded or treated. ECO INDUSTRIAL NETWORK Traditionally, industries are always looked upon in isolation and not as a part of a broader system. As a result, the efficiency of the industry and the entire system to which it belongs is relatively lesser compared to it being a part of the system. Essentially, linkages between the isolated industry and its broader system need to be established to improve the efficiency. Many such linkages between individual industries and the broader system create a network of material flow thus maximizing resource efficiency of the system. By co-operating strategically, partners accrue greater financial and environmental benefits than they would by operating alone. If the goal remains the simultaneous achievement of the broadest possible business and environmental success, then they can be considered an eco-industrial network. This distinguishes an EIN from any association of businesses. Eco-industrial networking (EIN) is a process that creates collaborative networks between businesses, governments, and communities to more efficiently and effectively use resources. In practice, this results in: Recovery and cycling of ‘wastes’ for use by another organization; Efficient and ecological infrastructure systems Increased economic diversification and value-added manufacturing opportunities; Leveraged partnership opportunities between a variety of private and public organizations; and Integral consideration of ecological, social, and economic impacts The term, eco-industrial network, can include any grouping of interrelationships whether in an industrial district, park, region or country. A network can involve a limited number of symbiotic relationships involving a few materials and companies to more mature industrial ecosystems in which infrastructure, building, products and services are designed to function cyclically. Companies participating in an eco-industrial network can benefit from a wide range of potential cost savings. The appeal of EINs for tenant businesses and industrial development is the increased profitability and cost savings brought through economies of scale and added value to outputs. Value is added to by- products as they cycle back into the production cycle as raw materials for another firm or process. EIN can be achieved through direct, physical linkages, such as one business supplying its by-products to other businesses, to be used as their feedstock; or through more 34 “virtual” linkages such as the formation of a purchasing network so that a group of businesses can get special rates on green fuels or office supplies. Evidently, networks contain critical linkages, both lateral and transverse, formed from the flow of materials. These linkages add life to the system to which they belong and make them more environmentally benign. Therefore, material flow patterns within the network, the sector and the geographical region assume highest importance in their establishment as eco-industrial network. The recent growth of eco-industrial networks stems from the wide range of economic, environmental and social benefits gained by businesses and communities alike. These benefits include turning ‘wastes’ (also known as under-utilized by-products), into useable by-products, improving human resource training, reducing infrastructure costs and maximizing the efficient use of energy flows – all for improved competitiveness, investment attraction, business retention, community and ecosystem health. CONCLUSION Eco-industrial development adds value to businesses and communities by optimizing the use of energy, materials and resources. It draws from pollution prevention approaches and focuses on the efficiency of individual firms, its unique contribution lies in its emphasis on inter-firm resource linkages. Waste byproducts, water and energy are cycled back into the overall production stream of an industrial park or region. What was formerly considered waste can be used as raw materials for another product or firm. The links between economic development and sustainable industrial activity are a means of simultaneously retaining and expanding businesses towards a healthy and sustainable community. Eco-industrial networking opportunities were identified that would help make the region more economically, socially and environmentally sustainable. The symbiotic networks between businesses, community, and the public sector are expected to create synergy among participants. This is the broadest view of industrial ecology. It focuses on developing networks to manage energy, water, and material resources in a sustainable fashion. This approach considers interconnections between labor force, industry clusters, ecosystems, institutional, and community resources. By partnering to exchange byproducts, businesses in some area could accomplish two important goals: first, they could lower waste disposal costs and become more competitive; second, they could reduce their impact on the natural environment. Lowering business costs and protecting the environment would help ensure the longevity of local businesses, which would in turn provide much needed jobs and a pleasant living environment. 35 LITERATURE [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 36 Kurup, B., Altman, W., Van Berkel, R. (2005) Triple bottom line accounting applied for industrial symbiosis. Australian Life Cycle Assessment Society Conference. Sydney, Australia. Korhonen, J., Strachan, P.A. (2004) Towards progress in industrial ecology. Progress in industrial ecology, 1-23. Cote, R. P. (2000) A primer on industrial ecosystems: a strategy for sustainable industrial development. Halifax, Industrial Ecology Research and Development Group, Dalhousie University. Agarwal, A. & Strachan, P. (2006, June 7). Literature review on eco-industrial development initiatives around the world and the methods employed to evaluate their performance / effectiveness. Retrieved April 20, 2011, from http://www2.rgu.ac.uk/abs/National%20Industrial%20Symbiosis/Report%20for%20Databuild%20Ne w.pdf Industrial Symbiosis at Kalundborg. Retrieved April 25, 2011, from http://www.symbiosis.dk/ and http://www.indigodev.com/Kal.html IISD’s Business and Sustainable Development: A global guide. Retrieved April 27, 2011, from http://www.iisd.org/business/tools/bt_zep.aspx SD Features: Sustainability concepts. Zero Emissions. Retrieved April 27, 2011, from http://www.gdrc.org/sustdev/concepts/25-zero.html University of British Columbia, Design centre for sustainability. (2005, April). Eco-industrial Networking. Retrieved April 28, 2011, from http://www.sgog.bc.ca/uplo/Sq7EcoInd.pdf Cohen-Rosenthal, E. (2003). What is Eco-Industrial Development?. Retrieved April 29, 2011, from http://www.greeneconomics.net/EI-DevelopChap.pdf BIOMASA KAO RESURS ZA PROIZVODNJU OBNOVLJIVE ENERGIJE - PROIZVODNJA BIOALKOHOLA I BIODIZELA Milorad Cakić1, Vlada Veljković1, Olivera Stamenković1, Zoltan Zavargo2, Katrin Müller-Hansen3 1 Tehnološki fakultet, Leskovac, Srbija, 2Tehnološki fakultet, Novi Sad, Srbija, 3IfaS Birkenfeld, Nemačka Apstrakt: Rastući trend i potrebe za energijom, ograničenost fosilnih energenata kao i ekološke posledice njihovog korišćenja navelo je Svetsku zajednicu da preduzme korake ka kreiranju održivog razvoja i pronalaženje obnovljivih izvora energije. Jedan od odgovora na ove izazove je korišćenje biomase za proizvodnju čvrstih, tečnih i gasovitih goriva. U radu su prikazani tehnološki postupci proizvodnje bioetanola iz tri grupe sirovina; sa fermentabilnim šećerima, sa skrobnim i lignocelulznim sirovinama. Prikazani su i postupci homogene, heterogene, enzimske sinteze i postupak pod nadkriticnim uslovima proizvodnje biodizela iz različitih sirovina. Analalizirane su njihove prednosti i nedostaci. Prikazane su prednosti i nedostaci korišćenja bioetanola i biodizela, ukazano je na stanje i perspektive kao i zakonsku regulativu EU u ovoj oblasti. Ključne reči: biomasa, bioetanol, biodizel UVOD Tehnološki napredak, demografska ekspanzija, globalno zagrevanje i sve veće zagađenje životne sredine uticali su na usmeravanje istraživanja prema alternativnim i ekološki prihvatljivim izvorima energije. Među alternativnim gorivima koja supstituišu korišćenje konvencionalnih, najperspektivnija su biogoriva, odnosno goriva koja se dobijaju iz biomase. Opšti pojam biomase veoma je širok i podrazumeva organsku materiju biljnog i životinjskog porekla. Prednosti biomase kao izvora energije je u njenom ogromnom potencijalu i obnovljivosti. Upravo obnovljivost daje osnovu za planiranje održivog razvoja koji podrazumeva racionalno korišćenje energije. U odnosu na fosilna goriva, biogoriva sadrže više ili manje kiseonika zbog čega se nazivaju i oksigenovana goriva ili oksigenatori. Prema agregatnom stanju, biogoriva se dele na: čvrsta (otpaci drveta, biljne stabiljke, zrnevlje, koštice, baštenski otpad), tečna (biljna ulja, bioetanol, biodizel) i gasovita (biogas). Biogoriva se koriste kao pogonska goriva u saobraćaju, kao i za dobijanje toplotne i električne energije. Najperspektivnija biogoriva su biodizel i bioetanol. Takva orijentacija krajnje je racionalna, jer su to jedini alternativni izvori energije koji se mogu koristiti u 37 drumskom transportu bez ili uz male promene pogonskih sistema na kojima počivaju sadašnja vozila. U radu je ukazano na stanje, perspektive i zakonska regulativa u oblasti biogoriva. Takođe, prikazani su postupci proizvodnje bioetanola iz različitih sirovina, tehnološki postupci sinteze biodizela. Na kraju, analizirane su prednosti i nedostaci korišćenja bioetanola i biodizela. STANJE, PERSPEKTIVE I ZAKONSKA REGULATIVA KORIŠĆENJA BIOGORIVA Podaci o raspodeli potrošnje energije po tipu (slika 1) ukazuju da će i u periodu do 2030. godine najznačajniji pojedinačni izvor energije biti sirova nafta. Pored toga, predviđa se i brži porast potrošnje energije iz neobnovljivih izvora, kao što su ugalj i prirodni gas, ali se očekuje i značajan porast potrošnje energije iz obnovljivih izvora [1]. Najveći segment potrošnje sirove nafte je sektor transporta, i to u formi motornih goriva. Osnovni razlozi koji mogu promeniti energetsku sliku budućnosti i uticati na povećanu proizvodnju i potrošnju biogoriva su: neprekidni porast potrošnje energije, porast cena sirove nafte, politička nestabilnost u regionima koji su veliki proizvođači sirove nafte, veliki porast potrošnje energije u sektoru transporta, kompatibilnost biogoriva sa distributivnom mrežom motornih goriva, ekološki razlozi i koncept održivog razvoja koji poštuje ekonomske i ekološke parametre i favorizuje obnovljive izvore. Slika 1 Svetska potrošnja energije po tipu energije za period 1980.–2030. [1] U cilju promovisanja korišćenja biogoriva i drugih alternativnih goriva za drumski transport u Evropskoj uniji su 2003. godini usvojene dve direktive: 1. 38 Direktiva 2003/30/EC, kojom se zahteva od zemalja članica da proizvedu ili obezbede na tržištu minimalne količine biogoriva koje bi do kraja 2010. godine obezbedile zamenu od 5,75 % fosilnih goriva, računato na energetski sadržaj [2]; 2. Direktiva 2003/96/EC, koja omogućuje zemljama članicama EU da primene različite takse na ova goriva u cilju podsticanja razvoja biogoriva [3]. Ciljevi ovih direktiva su da se pomogne oslobađanju EU od zavisnosti od eksternih izvora goriva, da se ostvare ciljevi Kjoto sporazuma iz 1997. godine i smanji emisija gasova koji doprinose efektu staklene bašte (u prvom redu CO2) i da se ide dalje ka zameni tradicionalnih goriva u drumskom transportu. Direktiva 2009/28/EU, koja predstavlja izmene i dopune direktiva 2003/30/EU i 2001/77/EU, zahteva da udeo biogoriva, računat na osnovu sadržaja energije, u ukupnoj potrošnji goriva za transport do 2020. godine najmanje 10 % [4]. BIOETANOL Bioetanol je tečni obnovljivi izvor energije iz biomase, tj. predstavlja etanol dobijen preradom šećernih, skrobnih i lignoceluloznih biljnih kultura. Posebna pogodnost je mogućnost korišćenja bioetanola kao dodataka benzinu u Otto-ovim motorima. U upotrebi su različite mešavine bioetanola i benzina. Kakav je odnos mešanja sa benzinom eksplicitno se vidi iz oznake goriva. E je oznaka za bioetanol, a brojni podatak označava procentualni zapreminski udeo bioetanola u gorivu. Često uz slovo E stoji i oznaka d, što znači denaturisani bioetanol. Kada se govori o bioetanolu kao gorivu, onda se najčešće misli na smešu 85 % bioetanola i 15 % benzina, koja se označava sa E85. Bioetanol se proizvodi fermentacijom šećera prisutnih u biomasi ili šećera dobijenih prethodnom kiselinskom ili enzimskom konverzijom sastojaka biomase. Fermentacija šećera biomase se vrši pomoću mikroorganizama, i to tradicionalno pomoću kvasaca, a u novijim tehnologijama i pomoću određenih vrsta bakterija. Tehnologija za proizvodnju bioetanola zavisi od vrste primenjene sirovine - supstrata i generalno se može podeliti u tri faze (slika 2): 1. prethodna obrada supstrata - priprema sirovine, 2. fermentacija supstrata i 3. izdvajanje proizvoda (striping, rektifikacija, i obezvodnjavanje). Bioetanol Biomasa Priprema sirovine Fermentacija Izdvajanje proizvoda Otpadna voda Slika 2 Uprošćena blok-šema dobijanja bioetanola iz biomase Postoji veliki broj sirovina za proizvodnju bioetanola. Generalno, prema tipu ugljenih hidrata koji dominira, ove sirovine su podeljene u tri kategorije [5]: šećerne: šećerna repa, topinambur,šećerna trska, melasa, 39 skrobne: krtolaste (krompir, sladak krompir i kazava) i žitarice (pšenica, raž, kukuruz, ječam i sirak) i lignocelulozne (papir, karton, gradski otpad, drvo, trava i drugi vlaknasti biljni materijali). Šećeri za proizvodnju etanola (glukoza, fruktoza, saharoza, maltoza) mogu se dobiti iz svake od ovih tri grupe sirovina, koristeći činjenicu da se polisaharidi, dekstrini, inulin, skrob i lignoceluloza mogu hidrolizovati do šećera. Priprema skrobnih sirovina za alkoholnu fermentaciju sastoji se u hidrolizi skroba do fermentabilnih šećera, dok se priprema lignoceluloznog materijala za alkoholnu fermentaciju sastoji iz dve osnovne faze: 1. predtretman u cilju uklanjanja i odvajanja lignina i hemiceluloza, smanjenja kristaliničnosti celuloze i povećanja poroznosti materijala i 2. hidroliza celuloze i hemiceluloze do fermentabilnih šećera. Osnovni cilj hidrolize je da se izvrši efikasna konverzija polisaharida do fermentabilnih šećera, koji se zatim mogu fermentisati do etanola. Efikasnost hidrolize se kvantitativno prati određivanjem dekstroznog ekvivalenta (DE), koji predstavlja procenat raskinutih glikozidnih veza. Hidroliza se može vršiti pomoću kiseline (kiselinska hidroliza) ili pomoću enzima (enzimska hidroliza). Ranijih godina je uglavnom korišćena hidroliza kiselinama. Kao agensi za hidrolizu korišćene su hlorovodonična, sumporna i oksalna kiselina, a proces se izvodio na visokim temperaturama. Ovaj način hidrolize zahtevao je korišćenje materijala koji su otporni na koroziju, velike utroške energije, uklanjanje slanog ukusa dobijenog hidrolizata, i uz to, ovaj proces je bilo teško kontrolisati, jer se razgradnja nije završavala do fermentabilnih šećera, nego se nastavljala do furfurala i sličnih proizvoda koji mogu da inhibiraju fermentaciju [5]. Razvoj i usavršavanje tehnologije proizvodnje bioetanola doveo je do zamene procesa hidrolize kiselinama enzimskom hidrolizom [6,7]. Amilaze predstavljaju najvažnije hidrolitičke enzime koji se koriste u industriji skroba, dok se za hidrolizu lignoceluloznih sirovina koriste enzimi celulaze. U savremenom postupku hidrolize skroba prvo se primenjuje enzim -amilaza koji vrši likvefakciju skroba tako što hidrolizuje unutrašnje -D-(1-4)-glukozidne veze. Amilaza iz Bacillus amyloliquefaciens je prva korišćena -amilaza. Dalje usavršavane tehnologije enzima od strane kompanije Novozymes (Danska) dovelo je do komercijalne primene termostabilne -amilaze dobijene iz Bacillus licheniformis pod komercijalnim nazivom Termamyl 120L, kao i Termamyl SC. To je doprinelo i razvoju ekonomski znatno povoljnijeg industrijskog postupka, koji se sastoji iz dve faze: likvefakcije i saharifikacije. Prva faza postupka enzimske hidrolize - likvefakcija ili razlaganje skroba do kompleksnih šećera, obuhvata: intenzivno mešanje skrobnog polaznog materijala sa vodom, podešavanje pH smeše do vrednosti potrebne za primenjeni enzim, mešanje smeše koja sadrži odgovarajući odnos α-amilaze i skroba i zagrevanje smeše na temperaturu od 85–110 °C u toku 1–1,5 h. Nakon ovog tretmana, DE utečnjenog skroba je u intervalu 10–20 u zavisnosti od količine dodatog enzima. 40 Kada je faza likvefakcije kompletno završena, smeša postaje tečna. Na brzinu likvefalikvefakcije skroba -amilazom deluje više faktora: temperatura, pH, brzina mešanja, vreme trajanja likvefakcije, koncentracija supstrata, koncentracija enzima, viskozitet smeše i dodatak Ca2+ jona [10, 11]. Druga faza enzimske hidrolize skroba - saharifikacija skroba odigrava se pomoću glukoamilaze koja vrši dalju razgradnju skroba, hidrolizujući α-D-(1-4) i α-D-(1-6)– glukozidne veze skroba. Razgradnja počinje od neredukujućeg kraja makromolekula, što dovodi do nastajanja glukoze kao krajnjeg produkta. Saharifikacija skroba obuhvata: hlađenje smeše do optimalne temperature za enzim, podešavanje pH, dodavanje glukoamilaze u odgovarajućoj količini i održavanje optimalnih vrednosti pH i temperature, uz konstantno mešanje dok se saharifikacija potpuno ne završi. Završetak saharifikacije utvrđuje se određivanjem sadržaja šećera, odnosno DE vrednosti. Za postupak saharifikacije se najčešće koristi enzim glukoamilaza u rastvornom obliku, i to je ujedno jedan od najkorišćenijih industrijskih enzima. Mnoge vrste gljiva sposobne su da proizvedu glukoamilazu pod različitim uslovima. Najčešći producenti su Aspergillus awamori, A. foetidus, A. niger, A. oryzae, A. terreus, Mucor rouxiaus, M. javanicus, Neurospora crassa, Rhizopus delmar, Rh. oryzae i Arthrobotrys amerospora. Industrijska proizvodnja glukoamilaze fokusirana je na proizvodnju iz A. niger i Rh. oryzae. U enzimskoj hidrolizi lignoceluloznih sirovina najčešće se koriste celulaze iz plesni Trichoderma reesei. Plesni sintetišu kompleks celulolitičkih enzima potrebnih za efikasnu hidrolizu: celobiohidrolaze, endoglukanaze i -glukozidaze. T. reesei je sposobna da sintetiše i hemicelulaze, uglavnom ksilanaze, u zavisnosti od supstrata i uslova rasta. Efikasno uklanjanje lignina zahteva ekstremne uslove, zbog čega se u savremenim procesima delignifikacija uspešno postiže sa belo-crvenim plesnima, koje pripadaju familiji Basidiomicetaceae. Ove plesni sintetišu oksidativne enzime, lakaze, koji stvaraju radikale, sposobne da raskidaju kovalentne vezu u ligninu. Ovi enzimi deluju sinergistički sa celulazama i hemicelulazama, uklanjajući ligninski sloj. Veći sadržaj etanola iz lignoceluloznih sirovina ostvaruje se kada se vrši istovremena saharifikacija i fermentacija ovih supstrata [12]. Nakon pripreme supstrata sledi faza fermentacije šećera, koja se u klasičnim postupcima izvodi najčešće pomoću kvasca Saccharomyces cerevisiae na temperaturi od oko 30 °C. Pored S. cerevisiae, u industrijskoj praksi se koriste i kvasci S. uvarum (carlsbergensis), Schizosaccharomyces pombe i Klyveromyces vrste [13,14]. U proizvodnji etanola koriste se i neke bakterije, kao npr. Zymomonas mobilis, Clostridium sporogenes i Thermoanaerobacter ethanolicus, ali su one industrijski manje značajne i primenjuju se u posebnim slučajevima [14, 15]. Proces fermentacije se odvija pod anaerobnim uslovima u kojima kvasci fermentišu šećere, stvarajući etanol i CO2 uz oslobađanje energije koju je potrebno odvoditi iz sistema. Za postizanje visokih koncentracija etanola potrebno je ukloniti faktore koji stresno utiču na ćelije kvasca, od kojih su najvažniji: povišena temperatura, visok sadržaj glukoze, etanola, mlečne, sirćetne i fitinske kiseline, kao i natrijumsulfita i mikotoksina [16]. 41 Postupak dobijanja anhidrovanog etanola sastoji se iz dve faze: koncentrisanje i obezvodnjavanje, i one predstavljaju ekonomski najnepovoljnije faze u proizvodnji bioetanola. Za izdvajanje etanola iz fermentisane podloge i njegovo koncentrisanje koriste se procesi destilacije i rektifikacije, pri čemu se dobija rafinisani etanol čistoće 95-96 % vol. Poslednja faza u proizvodnji bioetanola je obezvodnjavanje ili dehidratacija. Uopšte uzev, postoje dva osnovna tipa tehnoloških postupaka za dobijanje anhidrovanog bioetanola: destilacione metode: azeotropna destilacija i rektifikacija (primenom benzena, heptana ili cikloheksana) i nedestilacione metode: apsorpcija (najčešće glicerolom), adsorpcija (primenom molekulskih sita) i pervaporacija (kroz semipermealne membrane izrađene na bazi polimera poliviniletanola i zeolita, koji se nanose na porozni neorganski nosač). Prednosti i nedostaci primene bioetanola Prednosti primene bioetanola ogledaju se u njegovoj velikoj toplotnoj moći (26,8 MJ/kg), relativno većem oktanskom broju u odnosu na benzin (120) i većoj toploti isparavanja. Specifična toplota etanola i napon pare nalaze se u oblasti pogodnoj za motorna goriva. Najvažnija prednost korišćenja goriva na bazi mešavina sa etanolom u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem je u manjoj emisiji štetnih izduvnih gasova. Sadržaj kancerogenih supstanci u mešavini etanola i benzina je znatno manji i one potiču od benzina [17]. Najveći značaj primene etanola sa aspekta emisije štetnih gasova je smanjena emisija CO, ko posledica potpunijeg sagorevanja zbog prisustva kiseonika u gorivu. Nivo emisije CO2 u procesu sagorevanja bioetanola mora se sagledavati kroz celokupni životni ciklus goriva. Ukupan bilans CO2 je u procesu sagorevanja bioetanola jednak nuli, jer biljke potroše jednaku količinu CO2 u procesu fotosinteze sa onom koja nastane procesom sagorevanja etanola. Emisija NOx se ne menja značajno dodavanjem bioetanola u odnosu na emisiju prilikom primene čistog motornog benzina [18]. Glavni problem upotrebe bioetanola kao goriva nastaje usled emisije aldehida, posebno acetaldehida. Zbog visokog sadržaja vezanog kiseonika emisija aldehida je kod alkohola 2–4 puta veća nego kod benzina, ali se oni lako mogu neutralisati u katalitičkom konvertoru koji je obavezan sistem na savremenim Otto motorima [18]. Osim toga, transport bioetanola (E5-E22) kroz postojeće transportne pumpe i cevovode namenjene tečnom fosilnom gorivu bilo bi otežano zbog osobine bioetanola da apsorbuje vodu i njegove visoke sposobnosti da rastvara određene primese, tako da njegova upotreba zahteva modifikaciju postojećih pumpi za gorivo. BIODIZEL Po hemijskom sastavu biodizel je smeša alkil estara nižih alifatičnih alkohola i viših masnih kiselina, koja se dobija postupkom alkoholize biljnih ulja. U osnovi procesa dobijanja biodizela leži reakcija alkoholize, poznata i kao transesterifikacija, prirodnih triacilglicerola (TAG) sa nižim alifatičnim alkoholima, najčešće metanolom i 42 etanolom [19]. Svi industrijski procesi dobijanja biodizela zasnivaju se na metanolizi biljnih ulja, tako da se pod biodizelom u užem smislu podrazumeva smeša metil estara masnih kiselina (MEMK) standardizovanog kvaliteta. Reakcija metanolize TAG je povratna i kako bi se njena ravnoteža pomerila u smeru nastajanja metil estara obično se odigrava u prisustvu viška metanola. U zavisnosti od toga da li se reakcija metanolize odigrava u ili bez prisustva katalizatora, metanoliza može biti nekatalizovana i katalizovana. Nekatalizovana metanoliza se odigrava pri visokim vrednostima temperature i pritiska, iznad kritičnih za metanol, zbog čega se često naziva i natkritična metanoliza. U zavisnosti od vrste katalizatora, katalizovana metanoliza može biti hemijski (jedinjenja bazne ili kisele prirode), enzimski ili mikrobiološki katalizovana. Hemijski katalizatori metanolize mogu biti rastvorni ili nerastvorni u reakcionoj smeši, pa po ovoj osnovi reakcija metanolize TAG može biti homogeno ili heterogeno katalizovana. Sirovine za dobijanje biodizela su svi biološki izvori bogati TAG. U prvom redu tu spadaju jestiva biljna ulja, zatim nejestiva, otpadna i korišćena ulja, životinjske masti kao i nus proizvodi iz procesa rafinacije jestivih ulja. Primenu jestivih ulja u procesima dobijanja biodizela ograničavaju njihova primarna primena u ljudskoj ishrani i prehrambenoj industriji i visoka cena [20]. Nejestiva biljna ulja su karakteristična za pojedine geografske regije, gde je njihova cena niža, kao, npr.: ulja semena Jatropha curcas (u Nikaragvi), semena mahue i Moringa oleifera (u Indiji), semena indijskog jorgovana, semena Pongamia glabra i ricinusa (u Brazilu), a u regionu Balkana ulje semena duvana i paradajza. Poslednja decenija obeležena je brojnim istraživanjima mogućnosti primene jeftinijih uljnih sirovina, kao što su: korišćena ulja i masti, otpadne masti, otpadne zauljane smeše iz procesa rafinacije jestivih ulja [21]. Homogeno katalizovana metanoliza Reakcija metanolize biljnih ulja u prisustvu homogenih katalizatoraje najčešće je proučavan i u industrijskim procesima najčešće upotrebljavan način dobijanja biodizela. Najveći broj ispitivanja odnosi se na primenu homogenih baznih katalizatora, zbog njihove velike katalitičke aktivnosti pri umerenim reakcionim uslovima i postizanja visokog stepena konverzije TAG za kratko vreme trajanja reakcije. Nedostatak baznih katalizatora je njihova osetljivost na prisustvo slobodnih masnih kiselina (SMK) i vode u reakcionoj smeši i složenog procesa izdvajanja katalizatora i prečišćavanja proizvoda reakcije, koji se sastoji u višestrukom ispiranju metil estarskog sloja vodom [22]. Najčešće primenjivani bazni katalizatori su hidroksidi i alkoksidi natrijuma i kalijuma. Metoksidi su katalitički aktivniji od hidroksida i njihovom upotrebom smanjuje se količina vode koja se oslobađa u reakciji i nastajanje sapuna, što povećava efikasnost procesa [23]. S druge strane, metoksidi su skuplji i veoma higroskopni, zbog čega je rad sa njima otežan. Natrijum i kalijum hidroksid su jeftiniji, jednostavniji za korišćenje, ali manje aktivni. Najčešće korišćeni kiseli katalizatori su sumporna i hlorovodonična kiselina, organske sulfokiseline i heteropolikiseline Keggin-ove strukture. Oni su katalitički manje efikasni od baznih, korozivniji, ali manje zahtevni u 43 pogledu kvaliteta polazne sirovine. Kiseli katalizatori su dobri katalizatori reakcije esterifikacije, zbog čega se koriste u pripremi ulja sa većim sadržajem SMK. Dvostepeni proces koji uključuje kiselo katalizovanu esterifikaciju SMK i bazno katalizovanu metanolizu proizvoda prvog stupnja primenjen je za dobijanje biodizela iz ulja semena duvana [24], kaučuka [25] i mahue [26]. Jedan od najpoznatijih postupaka industrijskog dobijanja biodizela homogeno bazno katalizovanom metanolizom jeste Lurgi tehnologija, koja je primenjena u postrojenju „Viktoria oil“ u Šidu. Korišćene uljne sirovine u ovom postupku su jestiva ulja. Reakcija alkoholize se odigrava u prisustvu natrijum metoksida kao katalizatora i na povišenoj temperaturi (60 0C) u nizu od dva reaktora sa umerenim mešanjem. Heterogeno katalizovana metanoliza Novi pravci razvoja tehnologije sinteze biodizela usmereni su ka primeni heterogenih katalizatora, čijom upotrebom se dobijaju čistiji biodizel i glicerol, značajno pojednostavljuje postupak njihovog izdvajanja i prečišćavanja, smanjuju ekološki problemi i omogućava ponovno korišćenje katalizatora. Nedostaci primene heterogenih katalizatora su često komplikovani načini njihove sinteze i izvođenje reakcije metanolize pri ekstremnijim reakcionim uslovima u odnosu na homogenu katalizu, što može imati negativan ekonomski efekat. Sumarno posmatrano, sinteza biodizela zasnovana na korišćenju odgovarajućeg heterogenog katalizatora može da umanji utrošak energije i do 50 % i tako smanji ukupne proizvodne troškove [27]. Brzina heterogeno katalizovane metanolize je manja u odnosu na homogenu kao posledica difuzionih ograničenja, jer je reakciona smeša trofazni sistem koji se sastoji iz jedne čvrste faze (katalizator) i dve nemešljive tečne faze (ulje i metanol). U laboratorijskim ispitivanjima heterogeno katalizovane metanolize biljnih ulja korišćena su različita jedinjenja kao katalizatori: oksidi, hidroksidi, alkoksidi i soli metala, zeoliti, jonoizmenjivačke smole, Mg-Al hidrotalciti, alkilguanidini i metali. Generalno, katalitička aktivnost heterogenih katalizatora zavisi od njihove prirode, veličine i specifične površine čestica i primenjenih reakcionih uslova. Metanoliza različitih biljnih ulja u prisustvu heterogenih katalizatora, prednosti i nedostatke njegove primene i mogućnosti unapređenja njihove katalitičke aktivnosti razmatrani su od strane velikog broja istraživača i rezultati sumirani u nekoliko revijskih radova [2833]. U cilju smanjenja cene proizvodnje biodizela i dobijanja jeftinih i efikasnih katalizatora metanolize ispitivane su mogućnosti i metode primene različitih prirodnih sirovina ili otpadnih proizvoda kao jeftinih izvora aktivnih katalizatora. Efikasni katalizatori metanolize, čija je glavna komponenta CaO dobijeni su iz ljuske rakova (Scylla serrata) [34], ostriga [35], školjki (Anadara granosa) [36], kokošjih jaja [37] i puževa [38]. Priprema ovih katalizatora generalno se sastoji od ispiranja, sušenja, mlevenja i, na kraju, kalcinacije sirovine na visokim temperaturama (u opsegu od 700 do 1000 °C, zavisno od početne sirovine). Jedini komercijalni kontinualni postupak metanolize biljnih ulja primenom heterogenog katalizatora, poznat kao Esterfip-H proces, projektovan je od strane 44 Axens IFP group Technologies (Francuska). Kao katalizator koristi se mešavina oksioksida cinka i aluminijuma spinalne strukture, a reakcija odigrava u dva redno vezana reaktora sa nepokretnim slojem katalizatora. Reakcija se izvodi na višoj temperaturi i višem pritisku u odnosu na homogeno katalizovani proces. Željena konverzija i biodizel koji odgovara evropskim standardima dobija se u dve uzastopne faze procesa koje obuhvataju reakciju metanolize i izdvajanje glicerola, a zatim se višak metanola uklanja uparavanjem posle svakog reaktora [39]. Enzimski katalizovana metanoliza Enzimski katalizovana metanoliza je mnogo jednostavniji proces, jer nije potreban metanol u višku, prečišćavanje metil estara i glicerola je nepotrebno, a njihovo razdvajanje jednostavno i nema otpadnih voda. Enzimi lipaze (EC 3.1.1.3) katalizuju esterifikaciju SMK i metanolizu TAG pri blagim uslovima temperature, pritiska i pH sredine [40]. Najveći broj istraživanja enzimski katalizovane metanolize odnosi se na primenu imobilisanih (ekstraćelijskih) enzima ili imobilisanih mikrobnih ćelija (intraćelijskih enzima), jer se na taj način povećava njihova aktivnost i stabilnost [41]. Iako se dugo verovalo da u reakciji metanolize ulja najbolje katalitičke osobine poseduje komercijalna imobilisana lipaza Candida antarctica - Novozyme 435, novija istraživanja daju prednost lipazi Pseudomonas cepacia [42]. Kao biokatalizatori metanolize korišćeni su genetički modifikovane ćelije kvasca S. cerevisiae [43]. Na brzinu enzimski katalizovane metanolize i prinos estara utiče veliki broj različitih faktora, čije je dejstvo najčešće kombinovano [44]. Nedostaci primene enzimskog postupka su visoka cena enzima, male brzine procesa i neophodnost pažljive kontrole reakcionih parametara. Na osnovu ekoloških prednosti, enzimski proces se ubraja u tzv. „zelene postupke“ sinteze biodizela, koje će u budućnosti imati sve veći značaj i primenu. Enzimski postupak sinteze MEMK se industrijski primenjuje u postrojenjima Lvming Co. Ltd. u Šangaju i Hainabaichuan Co. Ltd., provincija Hunan u Kini [45]. Kao katalizatori metanolize koriste se immobilisane lipaze Candida sp. 99–125 i Novozyme 435. U fabrici Lvming Co. Ltd se, kao uljna sirovina, koristi korišćeno ulje, proces izvodi u šaržnom reaktoru sa mešanjem, a prinos MEMK je 90%. Nekatalizovana metanoliza Pod ekstremno visokim uslovima temperature i pritiska, iznad kritičnih uslova za metanol (239 oC i 8,09 MPa) metanoliza se može odigrati bez prisustva katalizatora. Vrednosti dielektrične konstante metanola i ulja u natkritičnim uslovima metanola su vrlo bliske, što omogućava nastajanje jednofaznog sistema ulja i metanola [46]. Na ovaj način ostvareni su uslovi za veoma brzu reakciju, čije vreme trajanja do visokog prinosa MEMK se meri minutima. U nekatalizovanoj metanolizi reakcije metanolize TAG i esterifikacije SMK se odigravaju istovremeno, pri čemu je brzina reakcije esterifikacije SMK veća u odnosu na metanolizu TAG [47]. Ovakvi rezultati otvaraju mogućnosti primene neprečišćenih i otpadnih ulja sa visokim sadržajem SMK i vode za dobijanje biodizela postupkom natkritične metanolize. Osim toga, prečišćavanje dobijene smeše MEMK je praktično nepotrebno. Za ostvarivanje visokih prinosa MEMK preporučije se prisustvo metanola u velikom višku u odnosu na stehiometrijski 45 potrebnu količinu (molski odnos metanol:ulje 42:1). Visok molski odnos omogućava povećanje kontaktne površine između metanola i TAG, što pogoduje konverziji [48]. I pored navedenih prednosti, nekatalizovana metanoliza još uvek nema primenu u industrijskim uslovima, zbog ekstremnih reakcionih uslova i visokih zahteva u pogledu reakcione opreme. Prednosti i nedostaci primene biodizela Biodizel ima niz prednosti nad konvencionalnim dizel gorivom, kao što su: biodegradabilan je, manje toksičan, pri sagorevanju proizvodi manje dima i prašine, manje CO, CO2 i ugljovodonika [49]. Generalno, emisija gasova, koje izazivaju “efekat staklene bašte” i doprinose globalnom zagrevanju, pri sagorevanju biodizela je smanjena za 22–59 % u odnosu na emisiju pri sagorevanju fosilnog dizela [50]. Biodizel je, kao i bioetanol, praktično neutralan u odnosu na CO2. Posebna pogodnost je što prelazak sa konvencionalnog goriva na pogon čistim biodizelom ne zahteva obimnije tehničke intervencije na motoru. Biodizel sadrži 10–11 % kiseonika, koji doprinosi njegovom potpunijem sagorevanju u motorima. Toplotna moć biodizela je za oko 12 % manja u odnosu konvencionalni dizel, ali je cetanski broj veći [51]. Najveća prepreka komercijalizaciji biodizela jeste njegova, još uvek, visoka cena u odnosu na dizel D-2. Mogući načini smanjenja cene biodizela uključuju unapređenje postojećih i razvoj novih postupaka dobijanja biodizela, kao i upotrebu jeftinih uljnih sirovina. Drugi, možda značajniji način, jeste promena mera ekonomske politike, ukidanje akciza na biodizel i uvođenje subvencija u poljoprivrednoj proizvodnji uljarica, na osnovu zakonske regulative kojom se reguliše potrošnja obnovljivih izvora energije. Sve ovo bi uticalo da se cena biodizela približi ceni dizela fosilnog porekla. ZAKLJUČAK Biomasa je najveći i najvažniji obnovljivi izvor energije, koji se može direktno koristiti u energetske svrhe, ali je i sirovinska osnova za proizvodnju biogoriva. Biogoriva, u prvom redu bioetanol i biodizel, perspektivni su supstituenti fosilnim gorivima, koji su, pored obnovljivosti sirovina njihovog dobijanja, ekološki prihvatljivija i ekonomski pogodnija (pozitivni neto devizni efekat, povećanje industrijske proizvodnje, nova radna mesta, stimulacije i ulaganja u poljoprivredu, razvoj ruralnih područja). Novi pravci razvoja tehnologija dobijanja ovih biogoriva usmerena su ka primeni novih sirovina, unapređenju postupaka njihovog dobijanja i mogućnostima njihove integracije u postojeće industrijske kapacitete. Povećanje efikasnosti i poboljšanje ekonomičnosti ovih procesa osnovni su preduslov njihove komercijalizacije. ZAHVALNICA Rad je urađen u okviru projekta Ev. br. III 45001, koji finansira Ministarstvo prosvete i nauke Republike Srbije i projekta Tempus 158989 –Tempus-1-2009-1-BE-TempusJPHES 46 LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/index.html Directive 2003/30/EC, The European Parliament and the Council on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport, May 2003 Directive 2003/96/EC, The European Parliament and the Council on the restructuring the Community framework for the taxation of energy products and electricity, October 2003 Directive 2009/28/EC, The European Parliament and the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC, April 2009 Grohmann K., Bothast R.J., Saccharification of corn fibre by combined treatment with dilute sulphuric acid and enzymes, Process Biochem. 32 (1997) 405–415. Komolprasert V., Ofoli R.Y., Starch hydrolysis kinetics of Bacillus licheniformis -amylase, J. Chem. Technol. Biot. 51 (1991) 209–223. Aiyer P.V., Amylases and their applications, Afr. J. Biotechnol. 4 (2005) 1525–1529. Mamo G., Gashe B.A., Gessesse A., A highly thermostable amylase from a newly isolated thermophilic Bacillus sp. WN11. J. Appl. Microbiol. 86 (1999) 557–560. Vihinen M., Mantsala P., Microbial amylolytic enzimes. Crit. Rev. Biochem. Mol. 24 (1989) 329–418. Saxena A., Garg S.K., Verma J., Simultaneous saccharification and fermentation of waste newspaper to ethanol. Biores. Technol. 39 (1992) 13–15. Roher M., The Biotechnology of Ethanol, Wiley-VCH Verlag, 2001. Wyman C. E., Handbook on Bioethanol, Taylor and Francis, 1996. Košarić N., Wieczorek A., Cosentino G.P, Magee R.J., Prenosil J.E., Ethanol Fermentation. In Bioetchnology Vol 3., Rehm, H. J. and Reed, G. (editors) Verlag Chemie, Weincheim, 1983. The Alcohol Times, A monthly newsletter from Alltech Biotechnology, June 1999. Andress D., Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends, D. Andress & Associates Inc., Kensington, 2000. Stojiljković D., Jovanović V., Povrenović D., Banković-Ilić I., Ekološki značaj primene bioetanola, In: Bioetanol kao gorivo – Stanje i perspektive, Monografija, Tehnološki fakultet Leskovac, 2007. Ma F., Hanna M.A., Biodiesel production: a review, Biores. Technol. 70 (1999) 1-15. Moser B.R.; Williams A., Haas M.J., McCormick R.L., Exhaust emissions and fuel properties of partially hydrogenated soybean oil methyl esters blended with ultra low sulfur diesel fuel. Fuel Process. Technol. 90 (2009) 1122-1128. [19] Veljković V, Banković-Ilić I., Stamenković O., Korišćena i otpadna biljna ulja kao sirovine za dobijanje biodizela 5.Simpozijum „Reciklažne tehnologije i održivi razvoj“, 12-15.9 2010, Soko Banja (2010), Zbornik radova str. 12-26. [20] Sharma Y.C., Singh B., Development of biodiesel: current scenario, Renew. Sust.Energ. Rev.13 (2009) 1646-1651. [21] Schuchardt U., Sercheli R., Vargas R.M., Transesterification of vegetable oils: a Review, J. Brazil. Chem. Soc. 9 (1998) 199-210. [22] Veljković V.B., Lakićević S.H., Stamenković O.S., Todorović Z.B., Lazić M.L., Biodiesel production from tobacco (Nicotiana tabacum L.) seed oil with a high content of free fatty acids, Fuel 85 (2006) 2671-2675. [23] Ramadhas A.S., Muraleedharan C., Jayaraj S., Biodiesel production from high FFA rubber seed oil, Fuel 84 (2005) 335-340. [24] Ghadge S.V., Raheman H., Biodiesel production from mahua (Madhuca indica) oil having high free fatty acids, Biomass Bioenerg. 28 (2005) 601-605. [25] Glišić S., Lukić I., Skala D., Biodiesel synthesis at high pressure and temperature: Analysis of energy consumption on industrial scale, Biores. Technol.100 (2009) 6347-6354. [26] Di Serio D., Tesser R., Pengmei L., Santacesaria E., Heterogeneous catalysts for biodiesel production, Energ. Fuel. 22 (2008) 207–217. [27] Helwani Z., Othman M.R., Aziz N., Kim J., Fernando W.J.N., Solid heterogeneous catalysts for transesterification of triglycerides with methanol: a review, Appl. Catal. A-Gen. 363 (2009) 1–10. 47 [28] Jothiramalingam R., Wang M.K., Review of recent developments in solid acid, base, and enzyme catalysts (heterogeneous) for biodiesel production via transesterification, Ind. Eng. Chem. Res. 48 (2009) 6162–6172. [29] Miladinović M., Lukić I., Stamenković O., Veljković V., Skala D.,Heterogena bazno katalizvana metanoliza biljnih ulja: presek stanja, Hem. Ind. 64 (2010) 63-80. [30] Sharma Y.C., Singh B., Korstad J., Latest developments on application of heterogenous basic catalysts for an efficient and eco friendly synthesis of biodiesel: A review, Fuel 90 (2011) 1309–1324. [31] Zabeti M., Wan Daud W.M.A., Aroua M.K., Activity of solid catalysts for biodiesel production: A review, Fuel Process. Technol. 90 (2009) 770–777. [32] Boey P.L., Maniam G.P., Hamid S.A., Biodiesel production via transesterification of palm olein using waste mud crab (Scylla serrata) shell as a heterogeneous catalyst, Biores. Technol. 100 (2009) 6362– 6368. [33] Nakatani N., Takamori H., Takeda K., Sakugawa H., Transesterification of soybean oil using combusted oyster shell waste as a catalyst, Biores. Technol. 100 (2009) 1510–1513. [34] Boey P.L., Maniam G.P., Hamid S.A., Ali D.M.H., Utilization of waste cockle shell (Anadara granosa) in biodiesel production from palm olein: Optimization using response surface methodology, Fuel 90 (2011) 2353–2358. [35] Wei Z., Xu C., Li B., Application of waste eggshell as low-cost solid catalyst for biodiesel production, Biores. Technol. 100 (2009) 2883–2885. [36] Viriya-empikul N., Krasae P., Puttasawat B., Yoosuk B., Chollacoop N., Faungnawakij K., Waste shells of mollusk and egg as biodiesel production catalysts, Biores. Technol. 101 (2010) 3765–3767. [37] Bournay L., Casanave D., Delfort B., Hillion G., Chodorge J.A., New heterogeneous process for biodiesel production: A way to improve the quality and the value of the crude glycerin produced by biodiesel plants, Catal. Today 106 (2005) 190-192. [38] Fukuda H., Kondo A., Noda H., Biodiesel fuel production by transesterification of oils, J. Biosci. Bioeng. 92(5) (2001) 405-416. [39] Soumanou M.M., Bornscheuer U.T., Improvement in lipase – catalyzed synthesis of fatty acid methil esters from sunflower oil, Enzyme Microb. Tech. 33 (2003) 97-103. [40] Shah S., Gupta M.N., Lipase catalyzed preparation of biodiesel from Jatropha oil in a solvent free system, Process Biochem. 42 (2007) 409-414. [41] Matsumoto T, Ito M, Fukuda H, Kondo A, Enantioselective transesterification using lipase-displaying yeast whole-cell biocatalyst, Appl. Microbiol. Biot. 64 (2004) 481–485. [42] Stamenković O.S., Lazić M.L., Veljković V.B., Skala D.U., Dobijanje biodizela transesterifikacijom katalizovanom enzimima, Hem. Ind. 59 (2005) 49-59. [43] Tan T, Lu J, Nie K, Deng L, Wang F. Biodiesel production with immobilized lipase: A review, Biotechnol. Adv. 28 (2010) 628–634. [44] Kusdiana D., Saka S., Effects of water on biodiesel fuel production by supercritical methanol treatment, Biores. Technol. 91 (2004) 289-295. [45] Warabi Y., Kusdiana D., Saka S., Reactivity of triglyceridesand fatty acids of rapeseed oil in supercritical alcohols, Biores. Techno. 91 (2004) 283-287. [46] Pinnarat T, Savage PE. Assessment of non-catalytic biodiesel synthesis using supercritical reaction conditions, Ind. Eng. Chem. Res. 47 (2008) 6801–6808. [47] Demirbaş A., Biodiesel fuels from vegetable oils via catalytic and non-catalytic supercritical alcohol transesterifcations and other methods: a survey, Energ. Convers. Manage. 44 (2003) 2093–2109. [48] Frondel M., Peters J., Biodiesel: A new Oildorado?, Energ. Policy 35 (2007) 1675-1684. [49] Srivastava A., Prasad R., Tryglicerides-based diesel fuels, Renew. Sust. Energ. Rev. 4 (2000) 111-133. 48 BIOMASS AS RESOURCE FOR RENEWABLE ENERGY PRODUCTION –BIOETHANOL AND BIODIESEL PRODUCTION Abstract: Growing trend and demand for energy, limited fossil energents and environmental consequences of their use has led the world community to take steps towards creating sustainable development and finding renewable energy sources. One response to these challenges is the use of biomass for the production of solid, liquid and gaseous fuels. This paper presents the technological processes of bioethanol production from three groups of feedstock: fermentable sugars, starch and lignocellulosic biomass. Homogeneous, heterogeneous, and enzyme catalyzed processes of biodiesel production as well as the synthesis under supercritical conditions from different raw materials are discussed. Their advantages and disadvantages are analyzed. Also, the advantages and disadvantages of using bioethanol and biodiesel are emphasized, and the current state and perspectives as well as EU legislation in this area are pointed. Key Words: biomass, bioethanol, biodiesel 49 PROBLEMI SPROVOĐENJA MERA ENERGETSKE EFIKASNOSTI U PREDUZEĆIMA Rastko Đurić Novi Sad, [email protected] , Tel: +381-21-300-059, +381-63-866-3-466 Abstrakt: Većina proizvodnih preduzeća u republici Srbiji je privatizovana u poslednjoj dekadi, međutim osim promene vlasničke strukture većina nije izvršilo tehničko-tehnološke promene zbog čega su energetski neefikasne u poređenju sa preduzećima iz zapadnih zemalja ili preduzećima iz zemalja u kojima je tranzicija izvršena znatno ranije. U svome radu autor pokušava da locira probleme sprovođenja mera energetske efikasnosti sa posebnim osvrtom na probleme institucionalne, organizacione i finansijske prirode. Autor u zaključku konstatuje odsustvo ozbiljnije strategije u povećanju energetske efikasnosti proizvodnih preduzeća u republici Srbiji i daje ESCO model kao model rešavanja finansijskog dela problema sprovođenja mera. Ključne reči: energetska efikasnost, proizvodna preduzeća, esco model UVOD Postoji stara narodna izreka da je najskuplje biti siromašan. Iako je veći deo privatizacije u republici Srbiji prošao u prethodnom desetleću, privreda, posebno industrija, najvećim delom nije prošla kroz potrebnu tehničko-tehnološku transformaciju da bi njeni sistemi bili energetski efikasni. I dalje većim delom preovladava tehnologija kupljena 70-tih i 80-tih godina prošlog veka. Ona je dotrajala i energetski neefikasna. Podatak iz 2005. godine govori da republika Srbija troši 3-6 puta više energije po jedinici proizvoda od prosečne OECD države(Slika 1) [1]. Dugo vremenena je cena struje i gasa bila socijalna kategorija usmerena na preživljavanje stanovništva i privrede.(Evrostat, 2008. - npr cena struje u Srbiji je bila 5,15 Evrocent/kW za privredu. U Hrvatskoj je bila 9,61 a u Mađarskoj oko 13 evrocent/kW). Cena na svetskom tržištu i spoljni uticaji(MMF) podižu cenu energenata što stvara dodatne poteškoće preduzećima opterećenim povećanim troškovima i nelikvidnošću. Poseban problem se javlja kod procesne industrije koja je veliki potrošač energenata i gde je udeo energije u ukupnim troškovima velik(negde je udeo energije i do 70-80% u ukupnim troškovima) 50 Slika 1: Potrošnja energije po jedinici proizvoda [1] U najvećem broju privatizovanih preduzeća ulaganja se vrše samo u sredstva za proizvodnju, sa osnovnim ciljem da vlasniku kapitala što pre vrate uloženi kapital. Samo mali broj preduzeća vrši veća ulaganja i u opremu za proizvodnju i u infrastrukturu koja je najveći potrošač energije u industriji(para, komprimovani vazduh, voda, grejanje poslovnog prostora, osvetljenje). Najčešće su to visokoprofitabilne grane industrije kao što su: pivare, mlekare, cementare kojima su vlasnici poznate svetske kompanije sa dugoročnom vizijom, velikom količinom slobodnog kapitala i know-how tehnologijom koju prenose iz fabrike u fabriku. U ostalim delovima industrije implementiranje mera i novih tehnologija ide mnogo sporije iz više razloga. IDENTIFIKOVANJE PROBLEMA PRILIKOM UVOĐENJA MERA ENERGETSKE EFIKASNOSTI Problemi vezani za sprovođenje mera energetske efikasnosti u preduzećima su višeslojni: 2.1. Država 2.2. Organizacija u kompanijama 2.3 Edukacija 2.4. Finansiranje projekata 2.4.1 ESCO sistem kreditiranja projekata 51 2.1 Postoje dva osnovna problema sa državom, republikom Srbijom. Jedan je sistemski a drugi finansijski. Proklamovani ciljevi do 2020.godine više su skup lepih želja političara nego struke. U prethodnom periodu stvorena je državna administracija koja se bavila energetskom efikasnošću na nivou stručnih seminara i skupova sa manjim brojem, uvek istih, slušalaca. Država je sprovela samo nekoliko projekata energetske efikasnosti i to samo ako su bili projekti delimično finansirani iz inostranstva. Takav je slučaj sa 4 toplane u gradovima Srbije sredstvima KfW banke iz Nemačke i povećanje energetske efikasnosti javnih ustanova kao što su vrtići i škole uz pomoć sredstava EBRD. Svim ovim projektima fali neki strateški pristup koji bi im obezbedio dugovečnost. Februara 2011.godine država je uz pomoć vlade Japana predložila koncept energetskog menadžmenta koji postoji već više desetina godina u Japanu [2]. Međutim i tu je pokazana jedna neubedljivost time što zakon treba da bude donesen 2011. godine a stupa na snagu tek 2013.godine. Još 1970. godine SR Nemačka je donela prve uredbe o racionalnoj upotrebi energije u zgradarstvu. 2009. godine su osnovali 15-tak mreža za energetsku efikasnost u koje su okupili oko 400 preduzeća srednje veličine. Cilj je da do 2020. godine stvore 400 do 600 takvih mreža širom Nemačke [3]. Hodogram aktivnosti u Srbiji je drugačiji jer ministarstvo prvo treba da otvori unutar sebe radna mesta koja bi se bavila energetskom efikasnošću preduzeća u Srbiji. Preduzeća imaju drugi zadatak. Za dve godine priprema ona unutar svoje organizacije prvo treba da pronađu inženjere koji bi bili energetski menadžeri(licencirani i koordinatori izvođenja mera). Po tom zakonu preduzeća treba periodično da dostavljaju izveštaje o potrošnji energije u određenoj pisanoj formi. Preduzeća sa svoje strane treba da pokažu konstantan napredak bilo sprovođenjem mera i investiranjem, bilo elaboratima da su imale nameru da to sprovedu (opet bez konkretnih zadataka o nivou potrošnje energenata za određeni tip proizvoda). Podatke o potrošnji energenata(struja, gas, voda) slaće energetski menadžer definisan od strane preduzeća a ne distributeri(Elektrovojvodina-EPS, Srbijagas, vodovod), što takođe može dovesti do manipulacije podacima. Poseban problem države je i finansijska zaduženost države. U svom posedu osim javnih preduzeća poseduje i više hiljada objekata. Trećina energije se troši u zgradarstvu (u EU to iznosi 27-30%, [4]) a svega je nekoliko objekata i to u Beogradu, renovirano sa stanovišta energetske efikasnosti(izolacija, sistem daljinskog grejanja, upotreba vode, osvetljenje, "pametne zgrade"). Javna preduzeća, bilo kao proizvođači energije bilo kao konzumenti su takođe tehnički zastareli i energetski neefikasni. Država to pravda nedostatkom sredstava i ubrzanom privatizacijom jednog dela preduzeća. Poslovodstvo postavljeno od strane aktuelne vlasti takođe nema snage i volje, ni vremena, da započne sa rekonstrukcijama postrojenja i infrastrukture. To sve dovodi do povećanih troškova koje jednim delom svaljuju na finalnog potrošača, građanstvo. 2.2. Da bi se mere energetske efikasnosti sprovele u preduzeću potrebna je podrška svih zaposlenih u preduzeću a posebno rukovodstva. Ono treba da definiše timove, ciljeve i rokove, bonuse i penale, za implementiranje mera uz konstantan nadzor nad tokom izvršenja. Poseban problem predstavlja vreme povrata investicija u nove tehnologije. Statistika vezana za SAD pokazuje da poslovodstvo preduzeća bez obzira što je dalo pozitivan sud o svrsishodnosti ulaganja u energetsku efikasnost nije 52 odobrilo nijedan projekat čije je vreme povrata investicija preko 8 godina(za zgrade u proseku od 8 do 15 godina). U isto vreme svega 25% projekata je dobilo zeleno svetlo ako je vreme povrata investicija bilo oko 1,5-2 godine. [5] Smatrali su da će time vezati previše obrtnog kapitala a da će kroz brži obrt u suštini smanjiti veće gubitke u energiji. Takođe je bitno da srednji nivo rukovodioca shvati suštinu implementacije mera. Radnici najčešće na to gledaju kao na dodatna pravila u radu jer oni preduzeća, posebno privatna, neosećaju kao svoja. Kada je autor ovog rada 2004. godine započeo akciju implementacije mera energetske efikasnosti u društvenom preduzeću sa 650 zaposlenih naišao je na iste probleme koji se javljaju svugde. Poslovodstvo je davalo mlaku načelnu podršku ali bez želje da učestvuju u projektu. Kolege, rukovodioci pogona su na to gledali uglavnom kao na atak na njihove autoritete a radnici kao na niz dodatnih procedura koji im naizgled odužuju posao. Zaposleni su počeli prihvatati mere štednje kao nešto neophodno tek kada su posle nekoliko meseci troškovi za energiju počeli vidljivo opadati. U kompaniji u kojoj je udeo energije bio od 9-12% ukupnih troškova (u zavisnosti od grejne sezone) posle 8 meseci primene mera uštede energije su bile na nivou oko 20% prvobitne potrošnje energije. Međutim i to je doseglo svoj limit onog trenutka kada se javila potreba za investiranjem u novu opremu. Projekat uštede vode u toaletima sa povratom investicija od 14 meseci je bio odbačen (22 toaleta koja dnevno poseti oko 800 ljudi) jer rukovodstvo vodu, i pored visokih troškova, nije smatralo energentom[6] . 2.3 U školama u bivšoj Jugoslaviji su nas učili kako je naša domovina bogata zemlja u kojoj ima svih vrsta ruda i energenata. Za to vreme naši vršnjaci iz Japana su učili da je njihova zemlja siromašna i da oni moraju puno da rade i štede kako bi preživeli. Deca u školama odvoje jedan-dva časa godišnje na času tehničkog obrazovanja da bi čuli o temi energetske efikasnosti i uštedama energije. Povremene emisije o energetskoj efikasnosti na državnoj televiziji se puštaju u takvim terminima da ih gledaju samo oni koji se za takve teme interesuju a ne širi auditorijum kojima je namenjeno. Zaposleni u preduzećima su takođe neinformisani o tome koje su ekonomske posledice ostavljene uključene mašine između dve radne smene, zaboravljanje da se isključi svetlo u pogonu tokom vikenda, itd. Zbog toga bi trebalo proveriti i ispraviti sve zastarele procedure u radu i osim normativa proizvodnje pokušati napraviti energetske normative kojih zaposleni treba da se pridržavaju. 2.4 Najteži deo implementacije mera i tehnlogija sa ciljem energetske efikasnosti je finansiranje tih projekata. Procena je da se do prvih 10-20% uštede u potrošnji enegije u preduzećima ostvaruje manjim investicijama, "zavrtanjem slavina" i novim procedurama rada. Onda nastupa potreba za većim investiranjem i tu se najčešće zastane. Državna statistika kaže da samo 17% preduzeća u Srbiji redovno izmiruje svoje finansijske obaveze. U borbi sa likvidnošću preduzećima je teško da izdvoje sredstva iz dela obrtnih sredstava na nešto što je za poslovodstvo "povrat na dužem štapu". Problemi nisu nimalo manji ni ako se za ta sredstva preduzeća obrate bankama. Ako se pogleda struktura kapitala koje su banke plasirale na tržište republike Srbije primetiće se upadljivo da je najmanje dato proizvodnim preduzećima a u korist kredita odobrenim građanima ili plasiranim u kupovinu državnih obveznica. Banke nevole da rade sa preduzećima jer smatraju da je rizik kreditiranja prevelik. Evropska Banka za Obnovu i Razvoj(EBRD) i KfW iz Nemačke su 2009. godine pokrenule 53 četovorogodišnji ciklus kreditiranja preduzeća u energetsku efikasnost i obnovljive izvore energije. Ukupno je predviđeno 50 miliona evra. Odabir projekata za EBRD vršila je ispostava jedne konsultanstke kuće iz SAD. Plasiranje kapitala vršilo se preko domaćih banaka. Rok otplate bio je 5 godina sa grejs periodom od 2 godine. Kod EBRD kreditne linije postojala je mogućnost da se preduzeću otpišu 15-20% potraživanja ako je projekat uspešno implementiran. Kod KfW kreditne linije uslov je bio da se garantuju uštede od 20% da bi se kredit dobio. Preporuka EBRD je bila da se na njihovu kamatnu stopu (4,5-5%) domaće banke "ugrade" što manje, od 0,5% do maksimalno 2,5-3%. Kod pojedinih banaka kamatna stopa je na kraju porasla na oko 8% što je odbilo pojedina preduzeća. Prve godine je investirano 14 miliona evra a onda se javio i nedostatak kompletnih projekata. Veliki broj preduzeća imao je tehničko-tehnološki nekompletnu dokumentaciju za projekte na osnovu kojih se nije mogao odobriti zahtev za kredit. Finansiranje projekata energetske efikasnosti je opterećujući za kompaniju zbog toga što je dug vremenski period dok ne krenu prve uštede energije (npr. kupovina i gradnja nove kotlarnice ili prelazak na drugi energent) koje će vraćati uložena sredstva. 2.4.1 U zemljama zapadne Evrope a posebno u SAD razvijen je koncept ESCO kompanija. U Evropi trenutno posluje stotinak ESCO kompanija [7]. Te kompanije predstavljaju jednu vrstu investicionih fondova koji plasiraju svoj kapital investirajući u tehnologiju koja će klijentu doneti uštedu u energiji. Otplata kredita vrši se kroz ekonomsku razliku između potrošnje pre i posle primene mera. (Slika 2) Slika 2: ESCO sistem kreditiranja kroz razliku utrošaka energije [7] Postoji nekoliko načina otplate duga ali se svi zasnivaju na vraćanju kredita nakon implementacije novih energetskih efikasnijih tehnologija. Ovaj sistem je dobar jer finansijski ne opterećuje poslovanje preduzeća. U republici Srbiji ne postoji nijedna aktivna ESCO kompanija (jedna koja je postojala odradila je par projekata u javnim ustanovama i završila svoj rad). Najuspešnija ESCO kompanija u regionu je državna HEP ESCO (Hrvatska) koja prema dostupnim podacima radi sa javnim ustanovama i 54 problemima uličnih osvetljenja u gradovima a finansira se preko Svetske Banke i EBRD [8]. Kada je autor ovog rada kontaktirao jednu ESCO kompaniju iz Belgije(2008.) radi razgovori o mogućnosti da prošire svoj rad na republiku Srbiju, dobio je odgovor da je tržište rep.Srbije premalo i da je rizik investiranja za njih prevelik. Niko neće da investira svoj kapital ako nije siguran u osnovnu zaštitu ulaganja. ZAKLJUČAK Neizvesna budućnost nam donosi jedinu izvesnu činjenicu a to je da je prošlo vreme jeftine energije. Energetski zahtevi država su sve veći a prirodni resursi su sve manji. Republika Srbija mora mnogo ozbiljnije da shvati problem nedostajuće energije. Nezavršene priče o remontu HE"Đerdap", proširenju TE"Kostolac" i zajedničkom ulaganju sa republikom Bugarskom u njihovoj nuklearnoj elektrani "Kozloduj" deluju neozbiljno jer nedostaju ogromna sredstva za ove projekte. Pare od privatizacije su potrošene i javni sektor već "jede na kredu". Ovi projekti takođe zahtevaju višegodišnje pripreme i izvođenje i njihovi efekti se pokazuju posle dužeg niza godina. Potrebna je mnogo duža i ubedljivija akcija promovisanja energetske efikasnosti u svim segmentima društva. Štednja energije mora biti prioritet i za preduzeća i za građanstvo. Novim zakonom o energetici predviđeno je da svi proizvodi iz Srbije imaju oznake energetske efikasnosti na sebi. Takođe država bi trebalo da pritisne uvoznike kućnih aparata i tehnike da ne uvoze tehniku ispod oznake B. Zemlje koje su 2004.godine prišle EU za 12% više kupuju kućne aparate lošijih energetskih karakteristika od A klase u odnosu na stare članice unije[9]. Uticaj države na privredu bi morao biti znatno veći. Država bi trebalo da vrši pritisak na preduzeća da za svoju grupu proizvoda troše energiju približno kao zemlje u okruženju. Trebalo bi se razmisliti o osnivanju posebnog fonda unutar državnog proračuna usmerenog na povećanje energetske efikasnosti u preduzećima. ESCO mehanizmom država bi trebala pomoći preduzećima da se tehnološki osavremene a zauzvrat mehanizmom vraćanja bi preduzeća punila i povećavala ovaj fond. Sistem mora biti efikasan i proceduralno pojednostavljen uz sprečavanje usložnjavanja činovničkog aparata. U svakom slučaju sa promenama se mora krenuti jer ovu planetu smo samo pozajmili od svoje dece i nema mnogo vremena dok je predamo njima na upravljanje. 55 LITERATURA [1] [1] "Financing Energy efficiency in NMS and accessing countries "TAIEX-JRC, Tallinn, 2005, izveštaj [2] [2] "Predlog sistema energetskog menadžmenta u Srbiji", PKS, Beograd, 2011. [3] [3] "30 Pilot Networks promoting energy efficiency and climate protection in Germany", 2009., Nemačka, članak [4] [4] J. Broc, P.Nogues, J.Adnot:" Can Energy Savings from Operations Promoting Energy Efficient Behaviors in office Buildings be accounted for?", 2006, članak [5] [5] R. Neal Elliott Ph.D., Nate Kaufman, "Barriers to energy efficiency investments and energy management in the US industrial sector", 2010., ACEEE [6] [6] R. Đurić, F. Gligorović: “Problemi i uspesi u sprovođenju mera energetske efikasnosti u društvenom preduzeću A.D. Dnevnik”, regionalna konferencija, Zlatibor, IEEP 2008. [7] [7] Bertoldi, P., Rezessy, S., "Energy service companies in Europe". Status Report 2005. Ispra, Italy, European Commission DG Joint Research Center, 2005. [8] [8] Johansen, "World Bank Approach to Energy Efficiency Financing – Europe and [9] Central Asia (ECA) Region", Tallin, 2005 [10] [9] Soregaroli, "Overview of sales and trends for main appliances in year 2004",GfK, Tallin, 2005. PROBLEMS IN IMPLEMENTING ENERGY EFFICIENCY MEASURES IN COMPANIES Abstract: Most of production companies was privatized in last decade, but except owners structure they did not change their technology structure. Because of that they have low energy efficiency if we compare them with EU-12 or ex-transition countries(members of EU after 2004.). Author of this article try to locate the roots of problems especially focus on government, organisation and finance problems. In conclusion author conclude that there is not serious government strategy in republic of Serbia and also give ESCO model as model for finance problems of implementing measures. Key words: energy efficiency, production companies, esco model 56 SOLARNA ENERGIJA I NJEN UDIO U ENERGETSKOM BILANSU 1 1 Aleksandra Đuričković, Veljko V. Đuričković Banja Luka, Kordunaška 10, tel./fax: 051-253-751, e-mail: [email protected] Rezime: Sve danas korištene metode određivanja toplotnog bilansa objekta, koji se zagrijava ili hladi, uzimaju u obzir energiju dozračenu od sunca, jer bez toga nema smisla govoriti o energijskoj efikasnosti takvog objekta. Na to nas upozoravaju sve Direktive Evropske Unije, koje se odnose na područje građevinske fizike, kao i njeni standardi koji govore o energijskoj efikasnosti građevinskih objekata. U tom smislu je najznačajniji standard EN 832, 1998 (Thermal perfirmans of buildings. Calculation of energy use for heating), kojim se definiše način određivanja toplotnih karakteristika objekta. Obzirom da se ovaj standard zasniva na proračunskoj metodi, potrebno je usvojiti ključne odluke na mjestima gdje standard dozvoljava nacionalni izbor, odnosno, određivanje vrijednosti ulaznih podataka. Drugim riječima, u norme EU treba ugraditi naše specifičnosti: klimatske uslove, tradiciju, životni standard, temperaturu u zagrijavanom i hlađenom objektu i dr. Najvažniji su u tome klimatski uslovi, a u vezi s tim i dozračena energija od sunca. U nekoliko ranije objavljenih radova razrađivali smo teoretske pristupe određivanja dozračene energije od sunca da bi se mogao definisati solarni potencijal određenog klimatskog područja. U tom cilju smo formirali kompetentnu bazu podataka o globalnom zračenju banjalučkog klimatskog područja i definisali metodu preračunavanja dozračene energije sa horizontalne površine na vertikalne površine objekta različitih orjentacija. Takvim pristupom smo odredili energiju dozračenu globalnim, direktnim i difuznim zračenjem na vertikalne stijenke objekta i na taj način omogućili da se ta energija uračuna u njegov toplotni bilans. Rezultati su izloženi u 11 tabela. Ključne riječi: globalno, direktno i difuzno zračenje, solarni potencijal, klimatsko područje. UVOD Doskora se smatralo da su energetski problemi globalno riješeni nuklearnom tehnologijom. U tom uvjerenju je odraslo nekoliko generacija naučnika i inženjera. Međutim, odavno se sumnjalo, a posljednji događaji u Japanu su nam to nemilosrdno i 57 pokazali, da je ta tehnologija nepouzdana i da prestavlja latentnu opasnost za čovječovječanstvo. Iako se i pored toga ne odustaje od te tehnologije, preovladava svijest o tome da se moraju tražiti neke druge vizije. Imajući u to vidu, kao i saznanje da su resursi fosilnih goriva pri kraju, mnogi futurolozi vide rješenje u solarnoj energiji i budućnost čovječanstva sagledavaju u solarnom dobu, kojem bi se trebali postepeno prilagođavati. To prilagođavanje će biti veoma dugotrajno i zahtijevaće, ne samo promjenu industrijske infrastrukture (jer je solarna energija niskotemperaturna, a svi naši tehnološki procesi su visokotempraturni, bazirani na procesima sagorjevanja), nego i promjenu naših institucija, njihove strukture i načina funkcionisanja. Kakve će osnove imati naša poljoprivreda, industrija, i tehnologija u tom niskotemperaturnom ambijentu danas je teško reći, mi kao termodinamičari možemo samo da naslućujemo, ali će u svakom slučaju biti uslovljene onim fundamentalnim vrijednostima koje će usmjeravati naš život i davati mu smisao. Dozračena energija Pod solarnim potencijalom se podrazumijeva ukupna dozračena energija od sunca i obično se iskazuje u vidu globalnog zračenja. Ovaj potencijal prestavlja osnov za projektovanje svih tehnoloških procesa zasnovanih na korištenju sunčeve energije (procesa sušenja, grijanja, hlađenja, klimatizacije, salinizacije, proizvodnje električne energije i sl.). Radi toga je poznavanje solarnog potencijala određenog područja veoma važno radi dugoročnog planiranja njegovog privrednog razvoja. Sunčeva energija dozračena izvan atmosfere se naziva ekstraterestičkom; njena vrijednost zavisi od astronomskih, geometrijskih, a djelimično i od geografskih parametara. Detaljna analiza ekstraterestičke radijacije za Republiku Srpsku nije još urađena. U nekim ranijim radovima odredili smo samo njene srednje vrijednosti [1,2,3,]. Tabela 1. Srednje dnevne vrijednosti ekstraterestičkog zračenja na horizontalnu površinu za sjeverni dio Republike Srpske (Posavinu), kJ/m2dan. Jan. Feb. Mart April Maj Juni Jili Avg. Sept. Okt. Nov. Dec. 12.636 18.048 25.803 33.756 39.622 42.189 40.919 36.104 28.930 20.893 14.214 11.046 Prolazeći kroz atmosferu sunčevo zračenje gubi na intenzitetu radi apsorpcije i rasipanja. Ovaj gubitak se izražava koeficijentom ekstinkcije [4] Ovi procesi ne djeluju na sve valne dužine podjednako, radi čega nastaju, osim kvantitativnih i kvalitativne promjene, pa sunčeve zrake dospijevaju na površinu zemlje oslabljene i drugačijeg sastava od onog koji su imale na ulazu u atmosferu. Sunčeva energija dospijeva na površinu zemlje u vidu direktnog i difuznog zračenja. Radi pomenutih procesa rasipanja i apsorpcije prizeme vrijednosti sunčeve energije su znatno manje i zavise od više parametara: astronomskih (deklinacije sunca, udaljenosti zemlje od sunca, solarne konstante), geografskih (geografske širine, geografske 58 dužine, nadmosrke visine), geometrijskih (azimuta i visine sunca, satnog ugla sunca) te meteoroloških i fizikalnih (oblačnosti, sastava i stanja atmosfere, ekstinkcije). Uzeti u obzir uticaj svih ovih parametara pri analitičkom određivanju prizemnih vrijednosti dozračene energije je praktično nemoguće, pa se ove vrijednosti moraju mjeriti za svako klimatsko područje. Banjalučka meteorološka stanica vrši sistematsko mjerenje globalne radijacije na horizontalnu površinu od 1958. godine. Sl. 1. Srednje dnevne vrijednosti dozračene energije na horizontalnu površinu za sjeverni dio Republike Srpske. a – ekstraterestičke, b – prizemene vrijednos Izmjerene vrijednosti globalne radijacije dozračene na horizontalnu površinu banjalučka meteorološka stanica publikuje u svojim godišnjim izvještajima. Međutim, da bi se dozračena energija mogla uračunati u toplotni bilans objekta koji se zagrijava ili hladi, neophodno je globalno zračenje sa horizontalne površine preračunati na vertikalne površine različitih orjentacija. U radu su izloženi rezultati ovog preračunavanja dobiveni po autorovoj metodi, publikovanoj ranije [1] Po pomenutoj metodi određeno je direktno i globalno zračenje na vertikalne površine različitih orjentacija za klimatsko područje sjevernog dijela Republike Srpske. Rezultati su prikazani na dijagramima na slikama 2, 3 i 4 i 5 i na 11 tabela u prilogu. Sl. 2. Energija dozračena na horizontalnu površinu u sjevernom području Republike Srpske. 1 – globalno zračenje, 2 – direktno zračenje, 3– difuzno zračenje Sl. 3. Energija dozračena direktnim zračenjem na vertikalne površine različitih orjentacija u sjevernom području Republike Srpske. I-Z – istok-zapad. JI – jugoistok, J – jug, S – sjever. 59 Sl. 4 Energija dozračena na vertikalne površine različitih orjentacija ukupnim zračenjem (direktnim i difuznim) u sjevernom području Republike Srpske. I – istok, JI – jugoistok, J – jug, S – sjever. Pouzdanost globalnog zračenja Radi zavisnosti od astronomskih, geografskih, geometrijskih, matematičkih i fizikalnih uslova intenzitet globalnog zračenja se neprekidno mijenja, kako u toku jedne godine, tako i u višegodišnjem vremenskom interval. Te promjene u velikoj mjeri imaju slučajni karakter jer zavise od velikog broja slučajnih parametara. Stoga za dimenzionisanje tehnoloških procesa pogonjenih sunčevom energijom nisu mjerodavne samo prosječne vrijednosti globalnog zračenja, nego isto tako i vjerovatnoća njihovog nastupa. Pod tim pojmom podrazumijevamo vjerovatnost da će vrijednost dozračene energije u određenom periodu godine biti ne manja od predviđene. U ranijem radu [2] izložili smo metodu određivanja pouzdanosti globalnog zračenja korištenjem nesimetrične binominalne raspodjele, a u radu [5] smo pomenutu metodu primijenili za određivanje teoretske krive pouzdanosti globalnog zračenja za sjeverni dio Republike Srpske. Rezultati proračuna su prikazani na sl. 5 samo za mjesec juli, jer je u tom mjesecu dozračena energija najveća. Sl. 5. Teoretska kriva pouzda-nosti globalnog zračenja za sjeverni dio Republike Srpske za mjesec juli. 60 Dijagram omogućava projektantu tehnološkog procesa, koji bi trebao da koristi solarnu energiju, da planira energetski bilans procesa, a istovremeno i da ocijeni kolika je vjerovatnoća da dozračena energija neće biti manja od vrijednosti sa kojom je tehnološki projekat osmislio. ZAKLJUČCI 1. 2. 3. 4. Određen je solarni potencijal sjevernog dijela Republike Srpske (Semberije, Posavine, Lijevče Polja, Knež-polja) i izložen u vidu dozračene energije na horizontalnu i vertikalne površine različitih orjentacija. Time je stvorena dokumentaciona osnova neophodna za dugoročno planiranje svih tehnoloških procesa koji koriste solarnu energiju. Za isto klimatsko područje je određena teoretska kriva pouzdanosti globalnog zračenja, to jest, vjerovatnost da će vrijednost globalnog zračenja u određenom periodu godine biti ne manja od predviđene; na taj način se solarni potencijal iskazuje sa dva parametra: apsolutnom vrijednošću i vjerovatnoćom njenog nastupa. Iz priloženih dijagrama i tabela se vidi da dozračena energija od sunca na sjevernom dijelu Republike Srpske prestavlja značajan energetski resurs, koji se može koristiti za pogon mnogih niskotemperaturnih tehnoloških procesa. Radi toga bi trebalo solarni potencijal odrediti za čitavo područje Republike Srpske i za sve mjesece u godini. U radu je to urađeno samo za mjesec juli. Za prilagođavanje infrastrukture niskotemperaturnih tehnoloških procesa niskotemperaturnoj solarnoj energiji neophodne su podsticajne mjere države; na to nas obavezuju i Direktive EU, spomenute u uvodu. LITERATURA: Đuričković, V.: Učešće insolacije u toplotnom bilansu toplifikacionog sistema. XIV savjetovanje o grejanju, hlađenju I klimatizaciji. Beograd, 1983. sinop. 419-432. [2] Đuričković, V.: Pouzdanost globalnog zračenja. Naučni skup SOLAR 84, Beograd, 1984. [3] Đuričković, V.: Mathematical Approach to the Evaluation of Heating and Refrigeration System heat Balance in Sumer Season. The Second World Congress on heating, Ventilating, Refrigeration and Air Conditioning – CLIMA 2000 Sarajevo. 1989. Book: Heating Components and Systems. p. 187-192[4] Penzar, I.: ovisnost direktne, difuzne I globalne radijacije o ekstinkciji u atmosferi. Zbornik met. I hidrol. Radova, 2, 1960, Beograd. [5] Đuričković, V.: Solarni potencijal Republike Srpske. Globalno zračenje i njegova pouzdanost. Geografsko društvo Republike Srpske. Resursi. 1995. 137-140. [6] Đuričković, V., Stunić, Z.: Akumulacija sunčeve energije. Uticaj katalizatora kristalizacije na akumulacionu sposobnost hidratnih soli. Drugi simpozijum o korištenju sunčeve energije. Rijeka, 1978., sinop. 195-199. [1] 61 SOLAR ENERGY AND ITS SHARE IN THE ENERGY BALANCE Abstract: All present methods used to determine the heat balance of heated or cooled buildings are taking into account the radiant energy from the sun, because without it there is no sense to talk about energy efficiency of such a facility. All directives of the European Union point to that, referring to the area of building physics, as well as its standards for energy efficiency in buildings. In this sense, the most important standard EN 832, 1998 (Thermal performance of buildings. Calculation of energy use for heating), defines a method for determining thermal characteristics of the building. Considering that this standard is based on the calculation method, it is necessary to adopt key decisions in areas where the standard allows for national choice, i.e. determining the value of the input data. In other words, the norms of the EU should reflect our specifics: climate conditions, tradition and living standard, the temperature of the heated and cooled building, etc. The most important are that climate conditions, in conjunction with the radiant energy from the sun. In several previously published papers we have elaborated theoretical approaches to determining the radiant energy from the sun in order to define the solar potential of a certain climate areas. To this end, we formed a competent database of global solar radiation potential of Banja Luka area and defined the method of converting radiant energy from the horizontal surfaces to vertical surfaces of buildings with different orientation. Within this approach we also determined the radiant energy of global, direct and diffuse solar radiation on the vertical walls of the building and thus allowed inclusion of that energy in the heat balance. The results are presented in eleven tables. Key Words: global, direct and diffuse solar radiation, solar potential, climate area. 62 Prilog 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 SUSTAINABLE DEVELOPMENT IN MATERIALS ENGINEERING E. Fidancevska1, W. Hoeflinger2, R. Grujić3, V. Srebrenkoska4, J. Blazevska Gilev1 1 Ss Cyril and Methodius University in Skopje, Faculty of Technology and Metallurgy, Skopje, R. Macedonia 2 Vienna University of Technology, Faculty for Technical chemistry, Vienna, Austria 3 University of East Sarajevo, Faculty of Technology, Zvornik, R Bosnia and Herzegovina 4 "Goce Delcev" University, Faculty of Technology, Stip, R. Macedonia Abstract: Materials engineering and sustainable development are closely linked. Many aspects of sustainable development depend on appropriate and timely actions of materials engineers. Materials engineering is an extended process where trough the processing, structure, properties and performance engineers developed sustainable solutions. Materials engineering embraces many disciplines and sustainable solutions are usually inter-disciplinary. Sustainable solutions have not only an environmental dimension, but also economic and social dimensions. The challenge of engineers towards sustainability is to promote zero manufacturing waste, develop molecules that are not persistent, toxic and bio accummulative as well as to have no hazardous manufacturing processes. These goals typically result in common practices among engineers to design new processes and products and to upgrade the existing ones satisfying the three aspects of sustainability i.e. economic development, environmental protection and societal goods. Key words: materials engineering, sustainable development, environment INTRODUCTION: Today materials enable society to develop and prosper and materials are indispensable in our current wealth and wellbeing. Materials support our current society in regards to provision sustainable solutions in the field of energy, water, transport, shelter and information and communication technologies. Moreover, materials present an integral part of every aspect of daily life, but some materials developments have undesirable impacts on the environment and human health. Applying materials engineering there are two overarching sustainable materials objectives: detoxification and dematerialization. Detoxification describes the reduction of the toxic characteristics of materials used in products and processes. 74 Dematerialization involves recycling and reusing of materials, redesign products or substitute non-material service for material-intensive products (Geiser 2001). SUSTAINABILITY Sustainability is an imperative for economic development and there are many approaches for its defining. The World Commission on Environment and Development (WCED 1987) defined the sustainable development as: ”development that meets the needs of the present without compromising the ability of the future generations to meet their own needs” The definition for sustainability found in Western Australian Government (GoWa 2003) integrates environmental, social and economic aspects as: ”sustainability means meeting the needs of current and future generations trough an integration of environmental protection, social advancement and economic prosperity” Social and environmental performances are daily improving, but still the role of industry in sustainable society is not clear. Sustainability can drive innovations in materials and materials engineering in regard to eco-efficiency, green chemistry, green engineering and industrial economy. MATERIALS ENGINEERING Investigating the relationships that exist between structures and properties of materials is involved in discipline materials science. In contrast, based on the structure – properties correlations, designing or engineering the structure of materials to produced predetermined set of properties is involved in discipline materials engineering. The arrangement of the initial component usually relate to the structure of material. Subatomic structure involves electrons within the individual atoms and interaction with their nuclei. On the atomic level, structure encompasses the organization of atoms and molecules relative to one other. Property is a material trait in terms of the kind and magnitude of response to as specific imposed stimulus. Six different categories of properties are important for solid materials: mechanical, electrical, thermal, magnetic, optical and deteriorative. For each there is a characteristic type of stimulus capable of provoking different response. The deformation to an applied load or force relate to the mechanical properties (elastic modulus and strength). Electric field is the stimulus for electric properties (electrical conductivity and dielectric constant). Heat capacity and thermal conductivity can be represented as thermal behavior of solids. The response of material to the application of a magnetic field demonstrates magnetic properties. Electromagnetic or light 75 radiation is the stimulus for optical properties (index of refraction and reflectivity). The chemical reactivity of materials indicates deteriorative characteristics. Two other important components in addition to structure and properties are involved in the science and engineering of materials: processing and performance. So, the structure of materials will depend on how it is processed and furthermore the performance of material will be function of its properties. The interrelation between processing, structure, properties and performance is linear (Fig. 1) and presents the base in terms of design, production and utilization of materials. Processing Structure Properties Performance Fig.1. Linear interrelationship of the four components of the discipline of materials science and engineering The basic classification of solid materials is in three groups: metals, ceramics and polymers. The classification is based primary on atomic structure and chemical makeup, and most materials belong to one distinct grouping or another, although there are some intermediates. In the other group of three important engineering materials are: composites, semiconductors and biomaterials. Metals have large number of non localized electrons which are not bound to particular atoms and many properties of metals are directly attributed to the existence of these electrons. So, metals are extensively used in structural applications because they are quite strong, yet deformable. Metals are extremely good conductors of electricity and heat. Ceramics are compounds between metallic and nonmetallic elements, mostly oxides, nitrides and carbides. Ceramics classification includes materials composed of clay minerals, glass and cement. Ceramics is more resistant to high temperatures and harsh environments than metals and polymers. Ceramics are hurt, but very brittle as well as typically insulative to the passage of electricity and heat. Polymers include plastic and rubber materials. These materials are extremely flexible, low densities and large molecule structure. They present organic compounds based on carbon, hydrogen and other nonmetallic elements. Many of the recent development in materials are attributed to the composite materials. Composites consisted of two or more materials that apart have quite different properties (do not dissolve or blend into each other), but together, gave to the composite unique properties. The first and up to now the most common composite materials is fiberglass in which glass fibers are embedded within the polymer material. The electrical properties of semiconductors are intermediate between the electrical conductors and insulators. These materials have extremely sensitive electrical characteristics which influenced to the recent development of electronic and computer industries. 76 Biomaterials are used as implants in the human body for replacement of diseased or damaged body part. The materials must be compatible with body tissues and not to be toxic. The above mentioned materials: polymers, ceramics, metals, composites and semiconductors may be used as biomaterials. In spite of the whole progress which has been made in the past years in the field of materials engineering there still remain technological challenges in development sophisticated and specialized materials satisfying the social, environmental and economic aspect of society (Ashby.M.F., 1996; Callister W.D. 2001). CONCLUSION Materials engineering take the challenge to find solutions for many aspects related to sustainable future. Many examples have been drawn from research work in the field of materials engineering towards the important issue of sustainability. For instance, materials engineers play the important role in creation the new methods for hydrogen storage. There are number of findings related to the new types of high-efficiency batteries and environmentally friendly corrosion inhibitors as well as lightweight alloys for energy conservation. Nanotechnology is of key importance for fabrication cheap and simpler solar cells and biomimetic materials. Also, there are increasing numbers of solutions that are being created in areas connected with the environment and sustainable engineering, ranging from recycling, to water instrumentalities and pollution reduction. REFERENCES: [1] [2] [3] [4] [5] Ashby M.F and Jones D.R (1996). Engineering materials 1, An Introduction to their properties and applications, 2nd edition, Pergamon Press, Oxford Callister W.D (2001). Fundamentals of Materials Science and Engineering, John wiley & Sons, Inc. Geiser, K (2001). Materials Matter: towards a sustainable materials policy. Cambridge (MA), USA, The MIT Press GoWa (2003). Hope for the future: the Western Australian sustainability Strategy, a vision for quality of life in Western Australia), Perth, WA, Government of western Australia:304 WCED (1987). Our common future. Oxford, UK, Oxford University Press 77 NOVI NAČINI NAPAJANJA TELEKOMUNIKACIONIH BAZNIH STANICA IZ OBNOVLJIVIH IZVORA ENEGIJE Esad Jakupović, Miroslav Tešić, Dragan Tešić, Igor Milaković, Admir Nušinović, Ljupka Tešić, Predrag Marjanović i Nenad Tešić Sažetak: Ovaj rad predstavlja novo i jedinstveno rješenje za napajanje telekomunikacionih baznih stanica koristeći isključivo energiju iz obnovljivih izvora energije bez ikakvog eksternog izvora za napajanje. Kao kompanija koja razvija nove tehnologije u oblasti obnovljivih izvora energije, TURBINA IPD je uspješno instalirala najnoviji hibridni sistem napajanja specijalno dizajniran za tržište telekomunikacija. U poređenju sa tradicionalnim korišćenjem dizel generatora, ova solucija klijentima nudi uštedu na operativnim troškovima za energiju i do 100%. Za napajanje sistema se koriste vjetroturbine i solarni paneli spojeni na kontrolere sa izlaznim naponom 48 VDC, kakav i zahtjeva telekomunikaciona oprema koja obezbjeđuje signal u zonama koje do sada nisu bile pokrivene signalom za mobilne servise, zbog ne postojanja energetske infrastrukture. Turbina IPD tim je u saradnji sa slovenačkim mobilnim operaterom Mobitel, i ostalim partnerskim kompanijama na ovom projektu otvorio vrata za budući razvoj ekoloških i samoodrživih mobilnih mreža. Takođe, ovaj projekat je u skladu sa propisima i direktivama EU koje se odnose na obnovljive izvore energije i redukciju emisije CO2. Ova bazna stanica je potpuno nezavisna od napajanja iz električne mreže i kompletno napajanje joj obezbjeđuju obnovljivi izvori energije, što predstavlja veliku novinu u polju razvoja mobilnih mreža. Ovaj projekat će u budućnosti omogućiti veće korišćenje prirodnih energetskih resursa i značajno otvoriti nove mogućnosti za planiranje razvoja telekomunikacionih mreže nezavisno od postojeće infrastrukture električne mreže. Troškovi za energiju telekomunikacionih mreža imaju značajan udio u ukupnim operativnim troškovima. Ovi troškovi su još značajniji u ruralnim zonama gdje električna mreža za napajanje nije dostupna. Na takvim mjestima, do sada je jedini način napajanja bio pomoću dizel generatora, čime se pored velikih operativnih troškova dobijaju značajne emisije karbon dioksida u atmosferu što rezultuje značajnim onečišćenjem čovjekove životne sredine. Ključne riječi: napajanje iz obnovljivih izvora energije, napajanje za telekome, zelene telekom mreže, vjetroturbina sa vertilkanom osom, solarno napajanje, hibridno napajanje, smanjenje karbonske emisije baznih stanica 78 UVOD Ključni izazov ovog rada, kao i kompletnog projekta je: kako napraviti hibridni sistem napajanja za telekomunikacionu baznu stanicu koji će uspješno raditi bez ikakvog eksternog izvora napajanja!? Pri ovom se na eksterni izvor napajanja misli na električnu mrežu ili na dizel generator. Činjenica je da je ovo i danas ključni izazov najvećih svjetskih telekomunikacionih kompanija i njihovih partnera. Nećemo biti neskromni ako kažemo da je Turbina IPD tim zajedno sa partnerskim kompanijama u tome uspio, što i praktično pokazuje projekat koji je uspješno implementiran u Sloveniji za mobilnog operatera Mobitel. Prema istraživanjima renomiranih svjetskih kompanija, trenutno postoji oko 400.000 telekomunikacionih baznih stanica koje se napajaju isključivo dizel generatorima, a od toga ih je 150,000 u Africi. Ovaj broj će narasti za više od 600.000 u sljedećih pet godina4, i u tom slučaju govorimo o 1.000.000 baznih stanica napajanih pomoću dizel generatora. Računajući da jedna mobilna bazna stanica napajana pomoću dizel generatora troši u prosjeku oko 600 litara dizel gorivo mjesečno, imamo jednostavnu projekciju da će za narednih pet godina samo mobilne bazne stanice trošiti 600 miliona litara dizela mjesečno, što predstavlja ekvivalent od 720 milona eura mjesečne potrošnje i 1.5 miliona tona5 CO2 emitovanog u atmosferu. Broj off-grid baznih stanica raste za 30% svake godine. Iz ovih procjena su isključene nove bazne stanice koje su potrebna ba se „popune rupe“ na mjestima gdje nema signala kao ni smanjenje potrošnje energije uvođenjem obnovljivih izvora energije na već postojeće telekom sajtove i tako ispunjavajući, pored korporativne obaveze i poznatu evropsku direktivu 20/20/206. KRATAK OPIS TELEKOMUNIKACIONOG SISTEMA NAPAJANJA Projekat se sastoja iz tri zadatka: maksimalno smanjiti potrošnju svih uređaja, maksimalno povećati energetsku efikasnost i koristiti najbolje tehnologije napajanja iz obnovljivih izvora enegije (izabrati najkavlitetniju vjetroturbinu i najkvalitetnije soalrne panele na tržištu). U cilju maksimalnog smanjenja potrošnje bazne stanice izabrana je najnovija bazna stanica marke Ericsson, sva oprema sa maksimalnim štednim performansama dok je pažljivim projektovanjem iz sistema je izbačen klima uređaj. Izbacivanjem klima uređaja iz sistema dobijamo značajno manju potrošnju energije ali, pošto bazna stanica ima zadovoljavajuću radnu temperaturu, imamo problem sa životnim vijekom baterija koje su veoma osjetljive na promjenu temperature. Ovaj problem je rješen projektovanjem i izradom betonskog podruma gdje je napravljen 4 Izvori: ABI Research, Pike Research i In-Stat 5 Polazi se od pretpostavke da se izgaranjem 1 l dizela emituje 2,5 kg CO2 6 Smanjiti potrošnju električne energije za 20%, proizvesti 20% energije iz obnovljivih izvora energije do 2020.g 79 poseban sistem prirodne ventilacije i uspješno stabilizovana temperatura za baterije pri svim vremenskim uslovima. Prilikom projektovanja i izrade dodatno smo obratili pažnju na kvalitet izolacije i ventilacionog sistema u kontejneru. Na ovaj načinje potrošnja HVAC7 sistema dovedena na 0, što je želja svih telekom opeartera i njihovih partnera. Sistem za prizvodnju električne energije sastoji se od sistema solarnih panela najnovije tehnologije instalirane snage 5,52 kWp i vjetroturbine sa vertikalnom osom instalirane snage 4 kWp. Da bi se ozbiljno krenulo u projektovanje i dimenzionisanje sistema, potrebno je detaljno analizirati potrošnju energije telekomunikacionog sistema i mogućnosti potencijalne uštede. POTROŠNJA ENERGIJE NA MOBILNIM BAZNIM STANICAMA I ENERGETSKA EFIKASNOST BAZNIH STANICA (HIBRIDNA KONFIGURACIJA BAZNE STANICE) BTS (Base Transceiver Stations) su sada dostupne u hibridnim konfiguracijama od skoro svih većih dobavljača opreme, u kojima su velike snage analognih kola redukovane uz pomoć malih snaga digitalnih komponenti. Vanjska (outdoor) RF glavna jedinica (Head Units - RHUs) u sebi sadrži zatvorene elemente koji sadrže snažne pojačavače prenosa (power amplifiers - PAs) i prijemnike prve faze. RHU je locirana izvan kontejnera ili kabineta i nalazi se što je moguće bliže antenama. Preostale digitalne komponente male snage čine jedinicu baznog opsega (band unit - BBU). Neki BBU su pogodni za spoljnju montažu, dok ostali zahtjevaju montažu u zatvorenom ormaru ili kabinetu. Hibridna BTS uveliko smanjuje HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) zahtjeve na baznoj stanici, zbog velike potrošnje energije (i zagrijavanja koje tim nastaje) dešava se izvan kontejnera ili skloništa, u jedinici koja se hladi pasivno. Hibridna BTS može da smanji zahtjevane HVAC kapacitete (zahtjevi za grijanje, ventilaciju i hlađenje) na sajtu do 50% u poređenju sa tradicionalnim BTS konfiguracijama, ili da ih eliminiše u potpunosti, stvarajući i početne (CAPEX) i operativne (OPEX) uštede. Operator će takođe jasno vidjeti tipična poboljšanja na linku od 2-5 dB kroz minimizaciju gubitaka na kablu, što će poboljšati kvalitet usluge, kapacitete, i smanjiti ukupnu investiciju ukoliko se gradi novi sajt. 7 HVAC – Heating, Ventilation and Air Conditioning 80 Slika 3.1. - Hibridna konfiguracija bazne stanice, koja prikazuje glavnu radio daljisku jedinicu (RHU) i vanjsku baznu jedinicu opsega (BBU) Tabela 3.1. - Tabela pokazuje potrošnju pojedinij komponenti sistama ali isto tako prikazuje energetske uštede, u okviru hibridne konfiguracije za model ruralne UMTS bazne stanice. Rezultati su uporedivi sa onima za druge moderne bežične standarde (HSPA, CDMA/EV-DO, WiMAX, LTE). Model ruralne bazne stanice UMTS – Energetski zahtjevi Tradicionalna unutrašnja/kontejnerska BTS morfologija Hibridna vanjska BTS morfologija Prenosna snaga /RF Prenosnika 40 W 40 W Sektori 3 3 RF prenosnici / sektor 1 1 Ukupna Tx snaga BTS 120 W 120 W PA efikasnost 40% 40% RHU / Maksimalna snaga primopredajnika 330 W 330 W 2 BBU-a (jedinice baznog opsega)/ Sa digitalnim dodacima ukupna snaga 500 W 500 W HVAC zahtjevi (grijanja, ventilacija i hlađenje) 1.123 W 0W Sigurnost i osvjetljenje 200 W 200 W 81 DC i Baterije 323 W 153 W Ukupna maksimalna snaga koja je potrebna sajtu 2.476 W 1.185W Broj pik sati u danu 4 4 Zauzetost kanala: pik sati 80% 80% Zauzetost kanala: off-pik sati 20% 20% UKUPNA potrošnja sajta (pik sati) 2.114 W 916 W UKUPNA potrošnja sajta (off-pik sati) 1.626 W 709 W UKUPNA energetska potrošnja sajta (DNEVNA) 41 kWh 18 kWh Relativna ušteda energije 56 % VJETROTURBINA Proizvod preduzeća TURBINA IPD doo je vjetroturbina sa vertikalnom osom koja je svjetski priznat patent sa svom potrebnom dokumentacijom i praktično provjerena i testirana tehnologija. Ova tehnologija je osvojila prvo mjesto na takmičenju „Najbolja tehnološka inovacija Srbije iz RS za 2009 godinu“ u objedinjenim kategorijama „Realizovane inovacije“ i „Energetska efikasnost“. Projekat je takođe osvojio „Award of Excellence“ na takmičenju „Global Energy Awards“ u kategoriji: „Sustainable technology innovation of the year 2009“ održanom 03. decembra 2009 godine u New Yorku na Wall Street-u i na istom takmičenju se plasirao u finale u kategoriji „Green Energy Initiative of the Year“ 2010. godine. Tehnologija je dobila nagrade na „Global Energy Awards 2010“ i na „Energy Innovation Awards 2010“ takmičenjima. TURBINA VAWT tehnologija, zbog svoje simetričnosti i položaja vertikalne ose, uspješno radi na vjetar bez obzira iz kojeg smjera dolazio (normalno radi na vjetrovima promjenjivog smjera koji su najčešći na našem području, a turbulentni vjetrovi su najčešći u svijetu što se može jasno vidjeti iz svjetskog atlasa vjetrova), krila statora usmjeravaju protok vjetra na lopatice rotora tamo gdje je potrebna snaga za okretanje rotora a preusmjeravaju protok vjetra sa mjesta gdje bi on smetao okretanju rotora i samim tim ova vjetroturbina je nečujna pri svom radu, počinje da da radi na veoma malim brzinama vjetra (1,5 m/s) a nesmetano radi na velikim brzinama vjetra, ne predstavlja opasnost za ptice i zbog svoje konstrukcije je potpuno bezbjedna i za ljude. 82 Serijskim spajanjem više turbina je moguće povećati snagu, ove vjetroturbine se lako uklapaju u prirodnu ili urbanu sredinu (jednostavnom promjenom boja konstrukcionih dijelova turbine), gledajući na konkurenciju među svjetskim proizvođačima naš proizvod je jeftiniji. TURBINA VAWT tehnologija radi na turbulentnim vjetrovima, rad na ekstremnim vremenskim uslovima (snijeg, led, i sl.), uspješno radi pri velikim brzinama vjetra (preživljava vremenske oluje testirano) i počinje generisati energiju na veoma malenim vjetrovima (koji su i najčešći) su jedne od osnovnih prednosti primjene ove tehnologija na svim planinama i na svim isturenim mjestima. KRATAK OPIS I PREDNOSTI NOVE TURBINA VAWT TEHNOLOGIJE Model proizvoda: TURBINA VAWT TW2 (4 kWp instalirane snage) Slika 4.1. – Izgled modela TURBINA VAWT TW2 Power [Wp] TW2 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 m/s Slika4.2. – Prikazuje krivu snage 83 Tabela: 4.1. - Tehnički podaci TURBINA VAWT TW2 84 Tip rotora Vjetroturbina sa vertikalnom osom Instalirana snaga 4 kWp Uključna brzina vjetra 2 m/s Isključna brzina vjetra Nije specificirana – ne isključuje se Visina rotora/statora [m] 2.5/2.82 Širina rotora/statora [m] 2.1/3.25 Površina rotora/statora [m2] 5.25/9.16 Maksimalna brzina vjetra Ne postoji Brzina okretanja 0 - 160 RPM Težina rotora 152 kg Težina vjetroturbine 1100 kg Generator PMG Broj faza 3 Nominalni napon ~ 120 VAC Zaštita od prekomjerne brzine Električna kočnica (generator), mehanička kočnica i aerodinamička kočnica Broj lopatica rotora/Materijal 8/Aluminijum Vibracije TURBINA VAWT je po svom dizjanu tehnologija bez vibracija Zvuk TURBINA VAWT je potpuno nečujna Kontroler 48 VDC Životni vijek 60 godina Garancija 5 godina Boja (paneli statora) Po specifikaciji Boja (paneli rotora) Po specifikaciji Izlaz snage: Tabela 4.2. - Tabela snage m/s Wp 2 12 3 45 4 110 5 200 6 330 7 500 8 750 9 1050 10 1440 11 1930 12 2490 13 3200 14 4000 15 4500 Napomena: Sistem je dizajniran za punjenje baterija (48VDC). TURBINA VAWT ima dvije tačke stabilizacije osovine na gornjoj i na donjoj osnovi fiksiranog statora turbine. Generator je lociran ispod turbine. SOLARNI SISTEM Solarni sistem se sastoji od 24 panela instalirane snage 230 Wp, što daje ukupnu instaliranu snagu od 5,52 kWp. Tehnologija izvedbe solarnih modula je SANYO HIT („heterojuction with intrinstic ultra-thin amorphos silicon layer“) sa 19% efikasnosti. Dimenzije jednog panela su 798 mm x 1.580 mm x 35 mm, dok mu je težina 15 kg. Odabir panela sa maksimalnom efikasnošću i sa što manjom težinom je veoma bitan zbog pojektovanja statike stuba a u ovom slučaju imamo težinu od 11,9 kg/m2 zauzete površine. Ova tehnologija koristi monokristalni silicijum okružen ultratankim slojevima amorfnog silicijuma, što joj omogućava mnogo bolju efikasnost pri većim temperaturama i mnogo efikasnije korištenje difuzione svjetlosti. 85 8 Slika 5.1. - Prikazuje strukturu solarne ćelije najnovije HIT tehnologije Slika 5.2. - Predstavlja uporedni pokazatelj izlazne snage HIT tehnologije (narandžasta linija) u odnosu na panele izrađene od Monokristalnog silicijuma (plava linija), gdje se vide značajno poboljšane karakteristike (10%) pri većim temperaturama. Garantovana izlazna snaga je do 90% od specificirane minimalne snage u narednih 10 godina i do 80% od specificirane minimalne snage u narednih 25 godina i garancija od 5 godina. OSTALE KOMPONENTE SISTEMA NAPAJANJA Zbog ograničenog prostora u ovom radu, samo su navedene ostale komponenete sistema na čijem projektovanju je naš tim učestvovao dok su izvori napajanja detaljnije opisani i predstavljeni. NADZORNO UPRAVLJAČKA JEDINICA Kompletan sistem posjeduje nadzorno-upravljačku jedinicu na koji su spojeni digitalni i analogni mjerni instrumenti koja putem GPRS signala svakih 5 minuta na server šalje željene 8 Heterojuction with Intrinstic Thin layer 86 podatke. Na navedenom sistemu je ugrađen daljinski nadzorni sistem BTS slovenačke firme Sitel koji pomoću GPRS komunikacije šalje podatke ka serveru gde se isti arhiviraju. Mjerene veličine koje se na ovom sistmu mjere su: napon na baterijama, struja punjenja iz solarnog sistema, struja punjenja iz vjetroturbine, napon na generatoru vjetroturbine, napon na baterijama, brzina vjetra, broj obrtaja vjetroturbine u minuti, temperatura prostorije gdje se nalaze baterije, temperatura iznad rasterećujućih otpornika (overload), digitalni senzor koji detektuje otvaranje vrata kontejnera sa opremom, senzor sunčevog osvjeteljna, senzor vlažnosti vazduha i sl.. Trenutnu vrijednost mjerenih veličina je moguće provjeriti i pomoću SMS poruke. Takođe, svaki alarm u sistemu (kao što je otvaranje vrata prostorije sa opremom) dobijamo i pomoću informacije na serveru i putem SMS poruke na željeni broj telefona. Napon ba baterijama je 48V dok je kapacitet baterija projektovan na 1.600Ah, što daje dovoljnu autonomiju sistema. Izgled on line interfejsa za praćenje rada sistema izgleda kao na sljedećoj slici: Slika - Izgled on line interfejsa za praćenje rada sistema STUB Stub visine 35 m projektovala je i izradila renomirana italijanska kompanija Calzavara. Turbina tim je kompletne statičke karakteristike vjetroturbine TW2 izračunao i dostavio projektantu stuba na osnovu čega je dobijena i građevinska dozvola nadležnog organa u Slovenije i CE znak evropskog kvaliteta. Na osnovi kalkulacija statičkih karakteristika stuba i vjetroturbine projektovan je i adkevatan temelj prema ispitanoj podlozi. EKONOMSKA ANALIZA SISTEMA U poređenju sa dovođenjem električne energije na udaljene lokacije do 8 km ovaj sistem se u startu isplati, što opet zavisi od terena i ostalih uslova pri kojim se novi sajt implementira. Najveći problem napajanja telekomunikacija danas su ogromni operativni troškovi (OPEX) dizel generatora i katastrofalno velika količina oslobođenog CO2 u atmosferu. Detaljnom analizom troškova napajanja bazne stanice (Hibridna BTS morfologija) sa ukupnom trenutnom maksimalnom snagom koja je potrebna telekomunikacionom sajtu od 1.185 W (peak 916 W i off-peak 709 W) i ukupnom energetskom dnevnom potrošnjom sajta od 18 kWh dobili smo sljedeći grafik: 87 Poređenje troškova za period od 25 godina 600.000,00 Troškovi iskazani u EUR 500.000,00 400.000,00 Troškovi sistema napajanog dizel generatorom 300.000,00 200.000,00 Troškovi sistema napajanog obnovljivim izvorima energije 100.000,00 0,00 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. Slika 7.1. - Prikazuje pregled troškova (CAPEX i OPEX) dva različita sistema napajanja i prikazuje veoma povoljan ROI Najveće prednosti ove aplikacije su: značajno smanjenje operativnih troškova (OPEX) od 83%, povrat cjelokupne investicije u roku od oko 3 godine i 100% redukcija emisije CO2 (24,84 tone godišnje) koja mobilnom operateru pored finasijske pruža i koorporativnu odgovornost. 1. 88 PRAKTIČAN RAD - Telekomnikaciona bazna stanica napajana isključivo iz obnovljivih izvora energije Slike 8. 1.-4. - Prikazuju praktičan primjer sistema napajanje bazne stanice u Sloveniji koji je naš tim, zajedno sa partnerskim kompanijama implementirao za mobilnog operatera Mobitel Slike 5.-7. - Prikazuju modele nove generacije projektovane za napajanje različitih telekomunikacionih sistema 89 LITERATURA [1] [2] [3] [1] Energy & Emissions at Cellular Base Stations, Smart Cell Site Design for Energy Efficiency & Reduced Carbon Footprint, 2009, John Willson, www.wireie.com [2] Consultation Paper On Green Telecommunications, 3rd February, 2011, Telecom Regulatory Authority of India, www.trai.gov.in [4] [5] [6] [7] [8] [3] Green Telecom Networks, Fixed and Mobile Telecommunications Networks: Energy Efficiency, Renewable Energy, Recycling and Reuse, and Carbon Emissions Reduction Opportunities, 3Q 2010, Virginia Lee, Clint Wheelock, www.pikeresearch.com [4] www.turbina.ba [5] www.sitel.si [6] http://sanyo.com/solar/ NEW RENEWABLE ENERGY POWER SUPPLY SYSTEM FOR TELECOMMUNICATION SITES Abstract: The paper presents the new and unique solution for telecommunication sites power supply with renewable energy sources without any external power source (grid network or diesel gen-set). Renewable energy technology developer Turbina IPD has launched a new wind hybrid DC power system specifically designed for the telecom market. Compared to traditional use of diesel generators we offer our customers an OPEX saving of up to 100% on energy cost. The system uses solar panels and wind turbine connected to a converter with an output of 48 VDC as required for the telecom equipment to provide the signal in an area where mobile services have not been possible so far due to the inaccessibility of energy infrastructure. Turbina IPD team, in cooperation with partner companies, has in this way opened the door for further development in the environment and for even more user friendly mobile networks. At the same time the project is n line with the EU guidelines on renewable energy sources and reduction of CO2 exhaust.The self-maintaining base station which is completely independent from the network energy supply and is operated by self-maintenance on the basis of renewable energy sources, also represents a significant novelty in the field of mobile networks development, since efficient use of energy resources is opening new possibilities of network planning, independent of the existing infrastructure. The expense on energy accounts for a significant share of the operational cost of telecommunication networks. This is particularly so in the rural areas where availability of power is uncertain. The use of diesel generators to ensure continuous power supply has the disadvantage of increasing the greenhouse gas emission and consequent enlargement of the carbon footprint which has a deleterious impact on the environment. Key words: renewable energy power supply, telecom power supply, green telecom networks, vertical axis wind turbina, solar power supply, hybrid power supply, reduction of carbon emission of telecom sites 90 SOLARNI SISTEMI I PRAKTIČNA ISKUSTVA SA NAJNOVIJIM TEHNOLOGIJAMA Esad Jakupović, Miroslav Tešić, Dragan Tešić, Admir Nušinović, Ljupka Tešić, Predrag Marjanović i Nenad Tešić Sažetak: U ovom radu je uz pomoć Pspice simulacija i matematički je dokazano da pri porastu temperature dolazi do opadanja maksimalne snage solarne ćelije Praktični rad ima za cilj da se odabere najoptimalnija tehnologija solarnih modula i najoptimalniji proizvođač solarnih modula za izgradnju solarne elektrane. Optimalnost podrazumjeva da se u odabir uključe svi parametri cijena, efikasnost, rokovi nabavke, garancija i mogućnost osiguranja. Ključne riječi: solarni sistemi, solarne tehnologije, optimalna solarna tehnologija, temperaturna karakteristika solarne ćelije ELEKTRIČNE KARAKTERISTIKE SOLARNIH ĆELIJA I NJIHOVO ODELOVANJE U PSPICE-U U ovom dijelu rada su obrađene osnovne jednačine koje opisuju solarnu ćeliju. Karakteristika tamne struje i struje osvjetljenja su analitički opisane i modelirane u PSpice-u. Osnovne električne karakteristike solarne ćelije su : Struja kratkog spoja (eng.short circuit current) Isc, Napon praznog hoda (eng. open circuit voltage) Voc, Maksimalna snaga Pmax i Faktor popune (eng. fill factor) FF. IDEALNO EKVIVALENTNO KOLO Solarna ćelija može u prvoj aproksimaciji biti opisana superpozicijom odziva na dvije pobude i to, naponsku i svjetlosnu. 1 . (1) Jednačina (1) opisuje gustinu struje foto ćelije gdje je - gustina struje kratkog spoja, - gustina inverzne struje zasićenja i - temperaturni potencijal, odakle je struja foto ćelije data sa: 91 1 . (2) Veza između gustina struja i intenziteta struje data sa: , (3) , (4) gdje je A ukupna površina solarne ćelije. Kao što se vidi i struja kratkog spoja i tamna struja (inverzna struja zasićenja pn spoja) su linearno zavisni sa površinom solarne ćelije, što je bitno pri skaliranju PV sistema u zavisnosti od konkretne aplikacije. Ovo je najjednostavniji i često korišten model solarne ćelije koji se u i diode. Iako tamna struja PSpice-u može lako modelovati pomoću izvora struje ima veliku zavisnost od temperature pretpostavićemo za početak da ima konstantnu vrijednost. Temperaturni efekti će poslije biti uzeti u obzir. PSPICE MODEL IDEALNE SOLARNE ĆELIJE PSpice model podkola za idealnu solarnu ćeliju je prikazan na sljedećoj slici. Solarna ćelija prima određeno solarno zračenje i struja kratkog spoja je proporcionalna tom zračenju. Da bismo ovo kolo modelovali u Pspice-u, vrijednost struje kratkog spoja je dodijeljena G-uređaju koji je u stvari naponom kontrolisan strujni izvor. (302) (301) (302) (301) Subcircuit D Celija_1.lib girrad (300) (300) (300) G ureðaj (300) (a) (b) Slika 1. - (a) Celija_1.lib podkolo solarne ćelije i (b) blok dijagram 92 U našem slučaju strujni izvor nazvan - ‘girrad’ opisan je sa izrazom: ∙ ∙ , a H predstavlja recipročnu vrijednost ekvivalenta zračenja Gdje je G vrijednost zračenja u (najčešće je H=1000, izražena u .(5) ). Jednačina (5) podrazumjeva da je vrijednost Jsc data pri standardnim uslovima (STC – standardni uslovi testiranja AM1.5G, G=1000 W/m2, Tcell =25 °C). Proizvođači daju standardne vrijednosti struje kratkog spoja, a jednačina (5) daje vrijednost struje kratkog spoja pri svim vrijednostima zračenja G. Da bismo odredili I-V karakteristiku iskoristićemo šemu na sljedećoj slici: (32) (301) (302) (31) XCELL1 Subcircuit Celija_1.lib Virrad (300) Vbias (300) (0) Slika 2. - Kolo za mjerenje I-V karakteristike solarne ćelije (XCELL1) Gustina struje kratkog spoja je pretpostavljena 34.3 m / 10 / . inch i gustina tamne struje , te prečnik ćelije od 5 Kao što se vidi sa prikazanog kola naponski DC izvor ‘vbias’ koji prebrisava napone od -0.5 V do + 0.6 V je uključen u ispitivanje strujno naponske karakteristike. Rezultat simulacije je prikazan na sljedećoj slici. 93 Slika 3. - Simulirana I-V karakteristika foto ćelije Presjek grafa sa y osom daje vrijednost struje kratkog spoja od 4,342 A, što je u stvari, jednako 0,0343 x 126,6 = 4.342 A. UTICAJ TEMPERATURE NA FOTO ĆELIJU – TEMPERATURNA KARAKTERISTIKA Kada je solarna ćelija ili PV panel izložen uticaju sunčeve svjetlosti dolazi do zavisnosti između elektroničkih parametara foto ćelije i jačine zračenja, ali i temperature zbog zagrijavanja ćelije i modula, koje može dostići i 65 °C. Kada je obasjan svjetlošću p-n spoj generiše napon. Strujno naponska karakteristika Ic = f (Vc) za Si solaranu ćeliju, odnosno jednačina (2) zapisana na drugačiji način glasi [10]: 1 1 . (6) Primjetimo da je ovdje za razliku od izraza (2) uzeta u obzir zavisnost inverzne struje zasićenja diode od temperature. Uobičajene oznake u literaturi za inverznu struju zasićenja su i , pri čemu je ≡ . Sada je struja ćelije data sa : 1 . (7) Gdje je ~ konstanta proporcionalnosti foto ćelije, A napon sa: ln 94 1 . (8) Karakterstičan je napon praznog hoda Voc kada je stuja ćelije Ic =0: ln 1 . (9) Optimalna radna tačka je veoma bitna za PV modul. Maksimalna snaga ćelije je pri uslovu d(VcIc)/dIc = 0. Vrijednost faktora se dobija iz uslova maksimalne snage i data je izrazom (5) n=1.587 [2] [10]. Snaga solarne ćelije kao funkcija temperature je opisana sa : 1 . (10) Struja foto efekta je zavisna od temperature i data sa, za faktor solarnog zračenja , To=298 oC i KI = 0,0017 A/oC, sa [2]: . (11) Inverzna struja zasićenja IS je takođe funkcija temperature, a opisana je sljedećim modelom [3] [10]: D p (T ) D (T ) 3 n I S qA CSi T e Ln N a L p N d E go kT . (12) Gdje su : Dn i Dp – difuzione konstante, Ln i Lp – difuzione dužine za elektrone i šupljine, Nc i Nv – efektivne rasprostranjenosti (gustine) elektrona i šupljina, Ego – energetski procjep materijala pri temperaturi apsolutne nule, NA koncentracija akceptora ND koncentracija donora, k – Boltzmann-ova konstanta, A – površina p-n spoja. Međutim, difuzione konstante Dn i Dp nisu nezavisne od temperature. naime, prema Einstein-ovoj relaciji, postoji temperaturna zavisnost od pokretljivosti nosilaca naelektrisanja T : D T kT T . q (13) Uzimajući u obzir da je eksponencijalni dio u zavisnosti dominantan može se inverzna struja zasićenja napisati u obliku : I S I ST e Ego / kT Dn Dp , I ST q A Nc N v Ln N A L p N D (14) 95 Sada, temperaturna zavisnost solarnog panela može biti predstavljena kao: Eg ( 0 ) Vc kT nkT / q 1 . Pc Vc K E E I ST e e (15) Zaključuje se da pri porastu temperature dolazi do opadanja maksimalne snage solarne ćelije, što je uzrokovano većim smanjenjem vrijednosti napona praznog hoda kao i porastom struje kratkog spoja pri rastu temperature. Snaga koja se razvija na solarnoj ćeliji je data sa: 1 . (16) Snaga solarne ćelije može se zapisati kao: Eg ( 0) Vc kT n kT / q I ST e 1 . Pc T Vc I sc K I T To e 100 (17) Ova relacija predstavlja matematički model „tipične“ solarne ćelije ugrađene u solarni panel. Zanemarujući uticaj temperature na generativne komponente: 1 . (18) Za foto panel, u kojem su serijski spojene Ns solarnih ćelija, strujno naponska karakteristika je data sa: 1 . (19) Pojednostavljen je generalizovani model solarne ćelije postavljajući vrijednosti 0, serijsku otpornost na vrlo malu, a paralelnu na vrlo veliku vrijednost, da bismo ispitali uticaj temperature na strujno-naponsku karakteristiku (temperatura 27, 35, 40, 45, 50, 55 i 60°C). 96 Slika 4. - Prikazuje postavljanje vrijednosti 0, serijske otpornosti na vrlo malu, a paralelnu na vrlo veliku vrijednost. Ispitujemo uticaj temperature na I-V karakteristiku (temperatura 27, 35, 40, 45, 50, 55 i 60°C). Na sljedećem grafiku je prikazana zavisnost snage foto ćelije pri različitim temperaturama (temperature od 27, 35, 40, 45, 50, 55 i 60°C): Slika 5. - Prikazuje zavisnost snage foto ćelije pri različitim temperaturama (temperature od 27, 35, 40, 45, 50, 55 i 60°C) Sada se odredi temperaturni koeficijent foto ćelije. Napravi se prvi izvod jednačine koja opisuje napon kratkog spoja po temparaturi: . (20) 97 Ako se zanemariuticaj temperature na struju kratkog spoja, jednačina (20) tada glasi: ln . (21) Uzimajući u obzir da je . Gdje su C i parametri nezavisni od temperature, dobijamo: ln 1 ln , (22) izraz za temperaturski koeficijent napona praznog hoda: 2.3 Ovo vrijedi za tipične vrijednosti za Si ćeliju i . 3. Sada se odredi odziv solarne ćelije pri temperaturi od 80°C, pri temperaturnom / i ostalim parametrima istim koeficijentu struje kratkog spoja od 6.4 10 kao u prethodnim simulacijama. Slika 6. - Strujno naponska karakteristika foto ćelije pri T=80°C 98 PRAKTIČAN RAD - ISPITIVANJE SOLARNIH MODULA ZA ODABIR ZA SOLARNU ELEKTRANU UVODNO RAZMATRANJE Preduzeće Turbina IPD je kao partner preduzeća Sitel iz Slovenije učestvovalo i u praktičnom testiranju različitih tehnologija solarnih modula. Testirani su thin-film moduli, monokristalni moduli i polikristalni moduli. Zbog boljih karakteristika thinfilm modula i sve pristupačnije cijene stručnjaci iz Sitel-a su se odlučili na testiranje 7 klasičnih thin-film modula od različitih proizvođača, jednog thin-film modula posebnog oblika (thin-film uvijen u tube) najnovije tehnologije razvijene od strane američke kompanije Solyndra. Monokristalni i polikristalni moduli su testirani od po dva proizvođača, jer se sa ovim tehnologijama već posjeduje višegodišnje praktično iskustvo. Osnovni cilj navedenog testiranja je da se izabere najoptimalnija tehnologija i najoptimalniji proizvođač solarnih panela za izgradnju solarne elektrane instalirane snage 5MW u Sloveniji. Za ovu solarnu elektranu je već izdata građevinska dozvola i sve ostale dozvole od strane slovenačkih vlasti. Uključeni u ovaj projekat su već u završnoj fazi priprema za početak implementacije. Ovo će biti najveća solarna elektrana na području jugoistočne Evrope. Da je ovo veoma zahtjevan projekat pored sofisticirane opreme, stručnih i renomiranih kompanija, povoljne lokalne zakonske regulative potrebno je utrošiti 80 tona pocinčanog čelika po jednom megavatu instalitane snage. Radi ekološkog efekta i smanjenja troškova početne investicije neće se raditi betonski temelji nego će se željezo hidraulički zabijati u zemlju i tako konstruisati nosači za solarne module. Slika 7. - Prikazuje solarne module koji se testiraju 99 PRAKTIČNI REZULTATI Za izradu solarne elektrane zbog navedenih karakteristika, veće efikasnosti i pristupačne cijene izabrana je thin-film tehnologija. U najuži krug izbora ušla su tri proizvođača sa svojim modulima: 1. 2. 3. ENN Solar9, proizvođač iz Kine Signet Solar10, proizvođač iz Sjedinjenih Američkih Država i Njemačke Sunner Solar11, proizvođač iz Tajvana Od kompanije ENN Solar testiran je solarni modul snage 120W, od kompanije Signet Solar testiran je solarni modul snage 95W i od kompanije Sunner Solar testiran je solarni modul snage 100W. Svi moduli su testirani pod istim nagibom. Prilikom testiranja solarnih modula mjerena je i energija sunca po kvadratnom metr, što je i prikazano na posebnom grafiku. Svi moduli su postavljeni prema jugu pod uglom od 30°. Na sljedeća tri grafika prikazani su uporedni grafici sva tri modula. Sa R1 (plavom bojom) prikazana je kriva ENN Solar modula, sa R2 (crvenom bojom) prikazana je kriva Signet Solar modula i da R3 (zelenom bojom) prikazana je kriva Sunner Solar modula. Na apscisi dole iprikazanih slika je vremenski period sunčanog dana (izabrani datum je 20.08.2020.godine) prikazan u različitim vremenskim intervalima dok je na ordinati prikazana proizvedena snaga mjerena u vatima [W]. Slika 8. - Prikaz proizvodnje solarnih modula od 07.00 do 18.00 časova na dan 28.avgust 2010. godine 9 http://www.ennsolar.com/ 10 http://www.signetsolar.com/ 11 http://www.sunnersolar.com/ 100 Slika 9. - Prikaz proizvodnje solarnih modula od 12.00 do 17.00 časova na dan 28. avgust 2010. godine Slika 10. - Detaljniji prikaz proizvodnje solarnih modula od 13.45 do 14.15 časova na dan 28. avgust 2010. Godine Sa prikazanih grafika vidimo da solarni modul kompanije ENN Solar (plava boja) ima najbolje karaktiristike, ali ne toliko bolje od ostalih jer je njegova instalirana snaga 120W, dok je instalirana snaga solarnog modula kompanije Signet Solar (crvena boja) 95W a instalirana snaga solarnog modula kompanije Sunner Solar (zelena boja) 100W. Ovo je dovoljno za zaključak da solarni modula kompanije Sunner Solar (zelena boja) ima najbolju efikasnost u odnosu na svoju projektovanu snagu. Ipak cijena solarnog panela kompanije ENN Solar je bila presudna da se odaberu njihovi solarni paneli koji imaju zadovoljavajući kvalitet. Međutim, veliku investiciju nije racionalno realizovati bez odgovarajućeg osiguranja investicije. Prema preporuci osiguravajućih kuća koje su odlučile da će osigurati jedino module kompanije Signet Solar odabrana je ta kompa- 101 nija, koja svoje module proizvodi u Njemačkoj iako su njihovi modula za 15% skuplji od modula kompanije ENN Solar. LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] Van Overstraeten, R.J. and Mertens, R.P. Physics Technology and Use of Photovoltaics, Adam Hilgher, 1986. Green, M.A., Solar Cells, Bridge Printery, Rosebery, NSW, Australia, 1992. Anspaugh, B.E., Solar Cell Radiation Handbook, Addendum 1, NASA Jet Propulsion Laboratory publication JPL 82-69, 15 February, Pasadena, California, 1989, Green, M.A., Silicon solar cells, Centre for Photovoltaic Devices and Systems, University of New South Wales, Sydney, 1995. Partain, L.D., Solar Cells and their Applications, Wiley, 1995. Green, M.A., Solar Cells, University of New South Wales, Sydney,1992. Fahrenbruch, A.L. and Bube, R.T., Fundamentals of Solar Cells, Academic Press, 1983. Van Overtraeten, R. and Mertens, R., Physics, Technology and Use of Photovoltaics, Adam Hilger, 1986. Schmitz, C., Rothert, M., Willer, B., and Knorr, R., ‘State of charge and state of health determination for lead-acid batteries in PV power supply systems’, Proceedings of the IEEE 2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Energy Conversion, 2157–64. Vienna, Austria, July 1998. F. Softić, Elektrotehnički materijali i komponente, ETF, Banja Luka 2010. http://www.kaneka.com/ http://www.ennsolar.com/ http://www.signetsolar.com/ http://www.sunnersolar.com/ SOLAR SYSTEMS AND PRACTICAL EXPERIENCE WITH THE LATEST TECHNOLOGIES Summary: In this article with the assistance of PSpice simulation and mathematically proved that the temperature increase leads to decrease in the maximum power of solar cells. Practical work aims to select the most optimal technology of solar modules and most cost producer of solar modules to build solar power plants. Optimality implies that the selection of all parameters involved price, performance, terms of procurement, guarantees and insurance option. Key words: solar systems, solar technologies, optimal solar technology, temperature characteristic of solar cell 102 FOTONAPONSKE TEHNOLOGIJE ZA PROIZVODNJU ELEKTRIČNE ENERGIJE Branko Latinović1, Dalibor Drljača2 1 Panevropski univerzitet APEIRON Banja Luka 2 Univerzitet u Istočnom Sarajevu Apstrakt: Većina tehnologije obnovljivih izvora energije se na direktan ili indirektan način napaja iz Sunca. Ako električnu energiju dobijamo direktnim pretvaranjem iz energije sunčevog zračenja, tada govorimo o fotonaponskoj (FN) energiji. U fizici je ovakvo pretvaranje energije poznato pod nazivom fotoelektrični efekt, a uređaji u kojima se odvija fotonaponsko pretvaranje energije zovu se solarne ćelije. Silicijum kao osnovni materijal apsolutno dominira s udjelom 98,3%, i to tehnologija kristalinog silicijuma s 93,7% udjela u ukupnoj proizvodnji. Međutim, snažan rast proizvodnje solarnih ćelija s kristalnim silicijumom može uzrokovati porast cijene i nestašicu sirovog silicijuma pa je moguće ostvariti veći proboj novih tehnologija u budućnosti. Stoga je potrebno istražiti koji su to materijali i tehnologije koje će omogućiti maksimalno iskorišćenje solarne energije i njeno pretvaranje u električnu. Odgovor za sada leži u fotonapnskim tehnologijama tankoslojnih solarnih ćelija. Ovaj rad daje prikaz fotonaponske tehnologije tankoslojnih solarnih ćelija i uticaj ove tehnologije na okolinu. Ključne riječi: fotonaponska tehnologija, tankoslojne solarne ćelije, materijali, uticaji na okolinu UVOD Većina tehnologije obnovljivih izvora energije se na direktan ili indirektan način napaja iz Sunca. Strujanje obnovljive energije uključuje prirodne fenomene kao što su: sunčeva svjetlost, vjetar, talasi, geotermalna toplina kao što Internacionalna Agencija za Energiju objašnjava: „Obnovljiva energija je dobijena iz prirodnih procesa koji se konstantno obnavljaju. U svojim različitim oblicima, dobija se direktno iz sunca ili iz topline stvarane duboko u Zemlji. To još uključuje električnu struju i toplinu dobijenu iz izvora poput sunčeve svjetlosti, vjetra, okeana, hidroenergije, biomase i geotermalne energije te biogoriva i hidrogena dobijenog iz obnovljivih izvora.“ 103 Ako električnu energiju dobijamo direktnim pretvaranjem iz energije sunčevog zračenja, tada govorimo o fotonaponskoj (FN) energiji. U fizici je ovakvo pretvaranje energije poznato pod nazivom fotoelektrični efekt, a uređaji u kojima se odvija fotonaponsko pretvaranje energije zovu se solarne ćelije. Nastajanje električne energije iz fotoelektričnog efekta zahtjeva usmjereno kretanje fotoelektrona, odnosno struju kao i u slučaju kada struja nastaje kretanjem elektrona. Sve naelektrisane čestice, a tako i fotoelektroni imaju usmjereno kretanje koje nastaje pod uticajem električnog polja. U poluprovodnicima uz slobodne elektrone postoje i šupljine koji se pojavljuju kao nosiocinaelektrisanja. Šupljine su na neki način „nusproizvodi“ pri nastanku slobodnih elektrona. Šupljina nastaje svaki put kada od valentnog elektrona nastane slobodni elektron i taj proces naziva se generacija(generisanje). Obrnuti proces, kada slobodni elektron popuni prazno mjesto - šupljinu, naziva se rekombinacija. Ako parovi elektron-šupljina nastanu daleko od osiromašenog područja moguće je da izvrše rekombinaciju, prije nego što ih razdvoji električno polje. Parovi koji nastanu - uz osiromašeno područje ili u njemu - bivaju privučeni, i to šupljine prema P strani poluprovodnika, a elektroni prema N strani poluprovodnika. Zbog toga se fotoelektroni i šupljine u poluprovodnicima nagomilavaju na suprotnim krajevima i čime stvaraju elektromotornu silu. Ako na takav sistem spojimo potrošač, poteći će struja i dobićemo električnu energiju (napon ranga 0.5-0.7 V zavisno od velikog broja faktora). Slika 1. Fotoelektrična konverzija u PN sloju (izvor: http://hr.wikipedia.org/wiki/Solarna_fotonaponska_energija) 104 Silicijum kao osnovni materijal apsolutno dominira s udjelom 98,3%, i to tehnologija kristalinog silicijuma s 93,7% udjela u ukupnoj proizvodnji. Sve do nedavno (2000. g.) prevladavala je tehnologija proizvodnje monokristalnog silicijuma dobijenog tzv. Czochralskijevim postupkom ili tehnologijom lebdeće zone (eng. float zone). Proizvodnja monokristalnog silicijuma je skuplja ali je efikasnost ćelija veća. Danas ta tehnologija sve više gubi korak u poređenju s tehnologijom multikristalnog silicijuma (McSi). Prednosti multikristalnog silicijuma su manja kapitalna ulaganja za proizvodnju vafera, veća iskoristivost silicijuma zbog korišćenja četvrtastih vafera koji daju veću aktivnu površinu modula u usporedbi s okruglim ili kvazi-okruglim oblikom monokristalnog vafera. U Mc-Si tehnologiji lakše se proizvode ćelije većih površina veličina (150×150 i 200×200 mm), što pojednostavljuje njihovu ugradnju u module. Mc-Si tehnologije u ukupnoj proizvodnji solarnih ćelija u 2003. g. su učestvovale sa 57.2%. Trakasti silicijum ima prednost što je u njegovom procesu proizvodnje izbjegnuta potreba rezanja vafera, čime se gubilo i do 50% materijala u procesu pilanja. Međutim, kvalitet i mogućnost proizvodnje nije takva da bi ova tehnologija preuzela vodstvo u bliskoj budućnosti. Najveći tehnološki nedostatak kristalnog silicijuma je osobina da je poluprovodnik s tzv. indirektnim zabranjenim pojasom zbog čega su potrebne relativno velike debljine aktivnog sloja kako bi se u najvećoj mjeri iskoristila energije solarnog zračenja. U tehnologiji tankog filma primjenjuju se poluprovodnici s tzv. direktnim zabranjenim pojasom i njihove debljine mogu biti znatno manje, uz znatno manji utrošak materijala, što obećava nisku cijenu i mogućnost proizvodnje velikih količina ćelija. Nažalost, iako dugo najavljivane, tehnologije solarnih ćelija u tankom filmu s amorfnim silicijem, CIS, CdTe i druge, zbog cijene, niske efikasnosti, stabilnosti modula ili ekološke prihvatljivosti još uvijek nisu pokazale svoju tržišnu sposobnost i trebat će značajna ulaganja da postanu konkurentne kristaliničnom siliciju. Udio tehnologija tankog filma (amorfni silicij, CdTe, CIS), uprkos značajnim naporima uloženim u istraživanja ostao je vrlo skroman, oko 6.3% tržišta u 2003. godini. Međutim, snažan rast proizvodnje solarnih ćelija s kristalnim silicijumom može uzrokovati porast cijene i nestašicu sirovog silicijuma pa je moguće ostvariti veći proboj novih tehnologija u budućnosti. EFIKASNOST SOLARNIH ĆELIJA RAZLIČITIH MATERIJALA Za izradu monokristalnih solarnih ćelija koriste se silicijum (Si), germanijum (Ge),indijum-fosfid (InP), galijum-arsenid (GaAs), kadmijum-sulfid (CdS), kadmijumtelurid (CdTe),aluminijum-antimonid (AlSb), galijum-fosfid (GaP), kadmijum-selenid (CdSe) i drugi. Pri ovome se koristi p-n spoj na osnovu jednog i više poluprovodničkih materijala od kojih se formiraju heterogeni spojevi kao što je na primer spoj Cu2S/CdS. Menutim danas se solarne ćelije najcešće proizvode na bazi monokristalnog, polikristalnog i amorfnog silicijuma, galijumarsenida (GaAs) i bakarsulfida/kadmijum sulfida (Cu2S/CdS) 105 Galijum arsenid (GaAs) GaAs se koristi za proizvodnju visokoefikasnih solarnih ćelija. Često se koriste u koncentrisanim FN sistemima i u svemirskoj primjeni. Njihova efikasnost je do 25% i do 28% u koncentrisanim solarnim radijatorima. Kod specijalnih tipova je postignuta efikasnosti iznad 30%. Kadmijum telurid (CdTe) Tankoslojni materijali proizvedeni taloženjem ili raspršivanjem predstavlja obećavajuće jeftinu osnovu za fotonaponsku primjenu u budućnosti. Mana ove procedure jesu toksični materijali koji se koriste u proizvodnji. Efikasnost ovih solarnih ćelija u laboratorijskim uslovima je do 16%, dok ke u slučaju komercijalnih tipova ta efiksnost dvostruko manjado 8%. Bakar-indijum-diselenid (CuInSe2, or CIS) Efikasnost ovog tankoslojnog materijala je do 17%. Materijal obećava mnogo ali još nije široko raspostranjene upotrebe zbog skupe i specifične proizvodnje. Bakar indijum galijum (di)selenid (CIGS) Efikasnost Bakar indijum galijum (di)selenid (CIGS) solarnih ćelija je oko 20%, dok teoretski može iznositi i do 30%. CIGS ćelije su jeftinije nego slične silicijumske ćelije zbog niskih troškova za materijale i proizvodnje. Takođe, jedna od prednosti CIGS jeste da su one fleksibline u odnosu na konvencionalne silicijumske fotonaponske ćelije. Ovim tehnologija tankoslojnih solarnih ćelija polagano dobija na popularnosti na tržištu FAKTORI KOJI UTIČU NA EFIKASNOST Na efikasnost solarnih ćelija utiče više faktora u koje spadaju: refleksija na površini solarne ćelije, gubici u infracrvenoj oblasti, gubici u ultraljubičastoj oblasti, gubici usled debljine solarne ćelije, gubici usled faktora napona, gubici usled rekombinacije i gubici na serijskom otporu. Refleksija na površini solarne ćelije Optička refleksija na solarnoj ćeliji zavisi od mikrohrapavosti njene površine. Sa povećanjem mikrohrapavosti prednje površine solarne ćelije dolazi do smanjenja refleksije sa nje. U cilju smanjenja refleksije na solarnu ćeliju se nanose odgovarajući 106 antirefleksioni slojevi. Kod solarnih ćelija sa antirefleksionim slojevima optička refleksija može da se smanji na 3%. Gubici u infracrvenoj oblasti U sunčevom spektru fotoni sa talasnim dužinama λ>hc/Eg, gde je Eg -energetski procep poluprovodničkog materijala od koga je napravljena solarna ćelija, ne generišu fotostruju već dovode do porasta temperature solarne ćelije. Kod kristalnih Si solarnih ćelija na ovaj nacin se gubi oko 23% efikasnosti. Gubici u ultraljubičastoj oblasti Kod monokristalnih Si solarnih ćelija fotoni sa energijama iznad 1,1eV generišu fotostruju i višak energije predaju monokristalu koji se pritom zagreva. Na ovaj način gubi se oko 33% efikasnosti solarne ćelije. Gubici usled debljine solarne ćelije Kod solarnih ćelija osetljivi deo nije dovoljno debeo da bi se apsorbovali svi upadni fotoni. Naime jedan deo fluksa prolazi kroz solarnu ćeliju i apsorbuje se na zadnjoj elektrodi. Gubici usled debljine solarne ćelije mogu da se smanje ispod 1% pomoću reflektujuće zadnje elektrode koja vraća prošle fotone u solarnu ćeliju. Gubici usled faktora napona Prilikom apsorpcije sunčevog zračenja elektroni ne primaju celokupan iznos apsorbovane energije u materijalu solarne ćelije. Usled toga je napon na krajevima solarne ćelije manji od očekivanog. Na ovaj način se gubi oko 17% efikasnosti solarne ćelije. Gubici usledfaktora ispune Proizvod ImUm na UI-karakteristici, zbog njenog oblika nikada ne može biti jednak površini ispod krive. U najboljem slučaju filing faktor može da dostigne vrednost F=0,9. Usled ovoga gubi se oko 5% eflkasnosti solarne ćelije. Gubici usled rekombinacije Generisani elektroni i šupljine u solarnoj ćeliji prilikom apsorpcije sunčevog zračenja imaju odreneni vek trajanja nakon koga se rekombinuju, što dovodi do 4% gubitaka u njenoj efikasnosti. 107 Gubici na serijskom otporu Na serijskom otporu solarne ćelije kao diodi gubi se oko 1% njene efikasnosti. Neki od navedenih faktora gubitaka efikasnosti solarne ćelije uslovljeni su fundamentalnim fizičkim zakonima tako da se ne mogu smanjiti. Gubici efikasnosti koji zavise od tehnologije formiranja solarnih ćelija mogu da se smanje. Ukoliko bi se gubici koji zavise od tehnologije smanjili na minimum, maksimalna teorijska efikasnost kristalnih Si solarnih ćelija iznosila bi 22%. EKOLOŠKI ASPEKTI KORIŠĆENJA FN TEHNOLOGIJA Prednosti FN tehnologije su da je to relativno čista tehnologija. Sam rad FN solarnih ćelija praktično nema štetnih uticaja na životnu okolinu. Pri radu FN ćelija ne proizvode se gasovi koji uzrokuju efekat staklene bašte. Da se električna energija nije proizvela u fotonaponskim ćelijama, morala bi se proizvesti iz nekog od konvencionalnog izvora električne energije (npr. u termoelektrani) koja pritom proizvod ove štetne gasove. Zbog toga FN solarne ćelije imaju pozitivan uticaj na okolinu, a njihovom upotrebom smanjuju se emisije gasova štetnih za atmosferu. Ono što u fotonaponskoj tehnologiji predstavlja potencijalni ekološki problem jeste proizvodnja FN ćelija. U toku proizvodnje FN ćelija se koriste rani toksični materijal poput kadmijuma. Proces dobijanja silicijuma, kao najčešćeg materijala od kojega se izrađuju FN ćelije, energetski je vrlo zahtjevan. O tome najbolje govori činjenica da vrijeme povrata uložene energije za proizvodnju FN ćelija od kristalnog silicijuma 108 iznosi oko 3 godine. To se može ublažiti upotrebom drugačijih tehnologija, poput tehnologije tankog filma. Loša strana, što se tiče ekoloških uticaja, jeste to što je potrebno zauzeti vrlo veliku površinu za instalaciju kapaciteta kako bi se osigurala dovoljna količina električne energije. Za izradu tako velikih kapaciteta potrebno je mnogo materijala. Pošto su neki od materijala za izradu FN ćelija toksični, to bi predstavljalo ekološki rizik. Takođe, površina ispod FN ćelija ne može se koristiti u poljoprivredne svrhe, čime se u pitanje dovode drugi socijalni aspekti pravljenja ovakvih postrojenja. Međutim, FN postrojenja se mogu graditi na neobradivim područjima kao što su pustinje i sl. Ovi negativni uticaji na okolinu takođe doprinose sporijem razvoju FN postrojenja i proizvodnji električne energije iz ovakvih obnovljivih izvora. ZAKLJUČAK Za sada na tržištu prevladavaju ćelije od kristalnog silicija, dok se predviđa da će u budućnosti sve veći udio pripasti tankom filmu. Tehnologija tankog filma omogućuje znatnu uštedu materijala, mnogo fleksibilniju ugradnju FN ćelija, pošto ih je moguće saviti. Nadalje, solarne ćelije napravljene tehnologijom tankog filma imaju znatno kraće vrijeme povrata uložene energije dok im je korisnost nešto niža. Nažalost, iako dugo najavljivane, tehnologije solarnih ćelija u tankom filmu s amorfnim silicijem, CIS, CdTe i druge, zbog cijene, niske efikasnosti, stabilnosti modula ili ekološke prihvatljivosti još uvijek nisu pokazale svoju tržišnu sposobnost i trebat će značajna ulaganja da postanu konkurentne kristaliničnom siliciju. Udio tehnologija tankog filma (amorfni silicij, CdTe, CIS), uprkos značajnim naporima uloženim u istraživanja ostao je vrlo skroman, oko 6.3% tržišta u 2003. godini. Međutim, snažan rast proizvodnje solarnih ćelija s kristalnim silicijumom može uzrokovati porast cijene i nestašicu sirovog silicijuma pa je moguće ostvariti veći proboj ovih tehnologija u budućnosti. U budućnosti će sve zgrade biti građene kombinacijom energetski efikasnog dizajna i konstrukcijske prakse s jedne strane, i tehnologija obnovljive energije kako bi gradili tzv „zero energy building“ odnosno zgrade koje troše veoma malo energije. Drugim riječima, ove zgrade bi proizvodile energiju same za sebe, bez potrebe za fosilnim izvorima energije. Tehnološki put razvoja u budućnosti će biti označen sa istraživanjima i razvojem novih materijala i novim pristupima iskorišćenju obnovljivih izvora energije. U tom razvojnom putu korišćenje solarne energije i njeno pretvaranje u električnu će imati veoma važnu ulogu. Cijena fotonaponske električne energije će biti konkurentna tradicionalnim izvorima električne energije u narednih 5-10 godina. Očekivati je da će električna energija solarnog porijekla biti korišćena za elektrolizu vode, odnono proizvodnju hidrogena kao pogonskog goriva za transport i građevinu 109 REFERENCE: [1.] Martin A. Green, Solar Cell Efficiency Tables (Version 33), PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS: RESEARCH AND APPLICATIONS, 2009; 17:85–94, Wiley InterScience, 2009 [2.] Harin S. Ullal , Polycrystalline Thin Film Solar Cell Technologies, National Renewable Energy Laboratory, Collorado USA, 18th International Photovoltaic Science and Engineering Conference and Exhibition Kolkata, India January 19–23, 2009) PHOTOVOLTIC TECHNOLOGIES FOR PRODUCTION OF ELECTRICAL ENERGY Abstract: Most of technologies of renewable energy sources are directly or indirectly powered by the Sun. If the electrical energy is obtained by direct conversion from solar energy then we are dealing with photovoltaic energy. In physics this conversion of energy is known as photovoltaic effect and devices for performing this conversion of energy are called solar cells. Silicon as basic component is absolutely dominating with 98,3% and especially technology of crystalline silicon with 93,7% of total production. However, strong growth of solar cells production with crystalline silicon can cause raise of price and lack of raw silicon and it is possible to achieve breakthrough with new technologies in future. Therefore, it is necessary to investigate and to research which materials and technologies will enable maximal utilization of solar energy and its conversion into electric. The answer today lies in photovoltaic technology of thinfilm solar cells. This paper is giving a review of photovoltaic technology of thin-film solar cells and its influence on environment. Key words: photovoltic technology, thin-film solar cells, materials, environmental impact 110 SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF GREEN SOLVENT SEPARATION PROCESS Kiril Lisichkov1, Emilija Fidancevska1, Radoslav Grujić2, Vineta Srebrenkoska3, Stefan Kuvendziev1 1 Faculty of Technology and Metallurgy, Skopje, R. Macedonia Faculty of Technology, Zvornik, R Bosnia and Herzegovina Faculty of Technology and Technical sciences, Stip, R. Macedonia e-mail : [email protected] 2 3 Abstract: Solvents define a major part of the environmental performance of processes in the chemical industry and impact on cost, safety and health issues. The idea of green solvents expresses the goal to minimize the environmental impact resulting from the use of solvents in chemical production. In spite of conventional separation methods, precise process green technologies are based on the application of modern processes and process equipment as well as control and management systems. These processes are optimized in order to produce maximal profitability with minimal environmental impact. Non-conventional separation procedure - supercritical fluid CO2 extraction (SFECO2) conforms to the strict demands of the precise process eco-technologies. It represents a perspective method especially in obtaining eco-friendly extracts from vegetable and animal raw materials. Implementation of SFE-CO2 as a green solvent, for isolation of vegetable extracts results in obtaining high quality and high purity total extract and excludes the presence of organic solvents, heavy metals and some microorganisms. This work provides proper analysis of the sustainable development of alternative separation processes that are based on the implementation of supercritical CO2 as a green solvent. Keywords: green solvent, green technology, supercritical fluids, sustainable development 111 INTRODUCTION The process industry is used in large amounts different type’s solvents. In particular, in fine-chemical and pharmaceutical production, large amounts are used per mass of final products. Therefore, solvents define a major part of the environmental performance of a process and also impact on cost, safety and health issues. The idea of ‘‘green’’ solvents expresses the goal to minimize the environmental impact resulting from the use of solvents in chemical production [1]. In this respect, in the last years the development of new, unconventional precise technology gains the upper hand over. The extracted products are with high purity and quality. Extraction using gases under pressure (CO2) in high extent represents solid separation process for isolation not only plant but animal active components [4,7]. Supercritical extraction (supercritical fluid extraction) is a process of fluid extraction, which are found in supercritical condition, on temperature and pressure above critical levels. This kind of extraction is particularly efficient for isolation of substances with average molecule mass and relatively low polarity. The solubility of polar compounds could be improved by adding co-solvents in the main supercritical fluid. The main priority of the supercritical fluid extraction is that the process could be carried out in favorable working conditions (low temperatures) and the extract is uncontaminated with heavy metals and microorganisms. Supercritical fluid extraction is with high applicability in food industry processing, chemical and pharmaceutical industry [2]. Green chemistry and green process engineering Green Chemistry is the utilisation of a set of principles that reduces or eliminates the use or generation of hazardous substances in the design, manufacture and application of chemical products . The basic principles of green chemistry and green process engineering are based on reducing of the : waste , materials, hazard, risk , energy and cost. Green chemistry looks at pollution prevention on the molecular scale and is an extremely important area of Chemistry due to the importance of Chemistry in our world today and the implications it can show on our environment. The Green Chemistry program supports the invention of more environmentally friendly chemical processes which reduce or even eliminate the generation of hazardous substances [1]. The basic objective of the green process engineering is to combine and integrate the fundamental principles of chemical engineering to design commercial products and processes that are safe, economical and environmentally friendly. There is a pool of technologies that are becoming the most widely studied or used in seeking to achieve the goals of Green Chemistry [1,3]. The major “clean technologies” are summarized in Fig. 1. 112 Fig. 1. The major green technologies Supercritical fluids – green solvents A substance is at supercritical state i.e. a supercritical fluid, when its temperature and pressure are simultaneously higher than the critical values. A supercritical fluid exists in a single fluid phase possessing characteristics between those of gasses and liquids. Figure 2 illustrates lines of sublimation, melt and saturation. Two phases-saturation and melting are presented and in the “triple point” where tree phases goes altogether (T - 56.6°C and P- 5.2 bar).In the critical point (T-31.1°C and P-73.8 bar) liquid and gas phase goes into one aggregate phase. The other spots on the diagram only one phase presented (Fig.2). 113 Fig. 2. Phase diagram of CO2 Above the critical temperature a liquid phase will not appear regardless of how much the pressure increased. The critical pressure is the pressure, which causes the gas to become a liquid at the critical temperature. The density of a compound at the critical point is called the critical density [2]. The compressibility of supercritical fluid just above the critical temperature is large compared to the compressibility of ordinary liquids. A small change in the pressure or temperature of a supercritical fluid generally causes a large change in its density. A commonly accepted opinion is that the solvent power of supercritical fluids mainly related to its density in the critical point region [5.6]. A high density generally implies a strong solvating capacity. The unique property of a supercritical fluid is that its solvating power can be tuned by changing either its temperature or pressure [2]. A significant cost factor for many conventional liquid-liquid extraction processes ids the recovery of the spent extraction solvent. If a supercritical solvent is applied, the solute can be separated from the mixture by e.g. lowering the pressure of the mixture. One should remember that to recycle the supercritical solvent, it must be compressed again. This can be significant cost factor, if the difference between the pressure in the extraction vessel and the pressure in the separator is relatively large. Even though the density of a supercritical fluid increases with pressure and becomes liquid-like, the viscosity and diffusivity remain between liquid-like and gas-like values [7]. Additionally, supercritical fluids exhibit almost zero surface tension, which allows facile penetration into micro porous materials. As a result of the advantageous combi- 114 nation of physicochemical properties, the extraction process can often be carried out more efficiently with a supercritical solvent than it can with an organic liquid one [4]. The critical temperature (Tc) of the compound depends on the polarity of the compound. The critical temperatures of non-polar gases, such as carbon dioxide or ethane are below 50°C, whereas for polar compounds, such as methanol and water, the critical temperatures are well above 200°C. In practice, especially in food-related industries, it is usually desirable that the critical temperatures of solvent are below 100°C [5]. Therefore, the solvents commonly used for supercritical operations are low molecular weight gases, such as carbon dioxide, ethane and propane. (Tab. 1) Tab.1. Density, viscosity and diffusion coefficient of gas, liquid and supercritical fluid (SCF) Density 3 Viscosity -3 2 Diffusion coefficient (cm2 /s) (kg/m ) cP (10 Gas 1 0.01 10 –1 Liquid 1000 0.5 – 1.0 10 –5 SCF 200 – 700 0.03 – 0.1 10 –4 – 10 –3 Ns/m ) Carbon dioxide is the most commonly used solvent in industrial practice for several reasons. - Carbon dioxide has a technically convenient critical pressure and temperature of 73.8 bar and 31.1°C, respectively. It is non-toxic, non-flammable, nonreactive, no-corrosive, and abundant. Furthermore, it is the second least expensive solvent after water and it does not leave any solvent residue after extraction. - Carbon dioxide is a relatively good solvent for hydrocarbons and non-polar solids. However, owing to the unique properties of supercritical solvents, supercritical carbon dioxide will dissolve many relatively volatile polar compounds. The properties of the SC-CO2 as a green solvent are: High compressibility ; • Large change in solvent properties for relatively small change in pressure – infinite range of solvent properties available , • Ability to tune solvent to favour a particular reaction pathway simply by optimising temperature or pressure. Small amounts of co-solvents can further modify solvent properties ; High diffusion rates offer potential for increased reaction rates ; 115 Potential for homogeneous catalytic processes ; • High solubility of light gases, some catalysts and substrates; bring all together in single homogeneous phase. Inert to oxidation; resistant to reduction ; • Excellent medium for oxidation and reduction reactions. Green solvent separation of eco-fixatives In the frame of this work separation of eco-fixatives for perfume industry from the lichen Evernia prunastri L. was performed. The obtained eco-fixatives with application of this green solvent separation process are characterized with high yield of total extract and degree of quality for perfume industry [2]. (Fig. 3). Oak moss Evernia prunastri L 116 E3 F2 PV2 PV1 C1 S1 D1 E2 P1 extract E1 F1 Schematic flow sheet of supercritical extraction apparatus (Uhde.Germany) ( C1 – extractor ; S1 –separator ; D1 – CO2 tank) Fixatives – perfume industry Usnic acid – cosmetic industry Fig. 3. Process scheme for separation of eco-fixatives with SC- CO2 as a green solvent Conclusion The green separation process - supercritical fluid CO2 extraction (SFE-CO2) conforms to the strict demands of the precise process eco-technologies. It represents a perspective method especially in obtaining eco-friendly extracts from vegetable and animal raw material. Supercritical carbon dioxide is a nearly ideal solvent. Under normal conditions, carbon dioxide is not a very good solvent for organic substances Supercritical carbon dioxide 117 readily dissolves many of these substances, including perfumes fixatives from oak moss. Generally, the implementation of SFE-CO2, as a green solvent, in process engineering is very important for sustainable development of green separation processes. REFERENCES [1.] C. A. M. Afonso and J. G. Crespo, Green Separation Processes, Copyright © 2005 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN 3-527-30985 [2.] K.Lisichkov, Separation of active components from lichen flora by using of supercritical fluid extraction , Ph.D.Thesis, Skopje, Fac.of Tech.and Metall , Macedonia, (2002) [3.] Diana Cook and Kevin Prior, eds., Facilitating the Uptake of Green Chemical Technologies, Crystal Faraday Partnership Ltd, Rugby, 2003. [4.] Lisichkov B., Model development for design and optimization of mass transfer performances with simulation of high pressure extraction, MS thesis, Faculty of Technology and Metallurgy, Skopje, Macedonia, (2007) [5.] E. Reverchon, I. De Marco, Supercritical fluid extraction and fractionation of natural matter, J. Supercrit. Fluids 38 (2) 146–166, (2006) [6.] J.M. del Valle, J.C. de la Fuente, D.A. Cardarelli, Contributions to supercritical extraction of vegetable substrates in Latin America, J. Food Eng. 67 (1/2) 35–57, (2005) [7.] E. Reverchon, C. Marrone, Modeling and simulation of the supercritical CO2 extraction of vegetable oils, J. Supercrit. Fluids 19 (2) 161–175, (2001) 118 ŠUMSKA BIOMASA KAO OBNOVLJIVI ENERGETSKI IZVOR U R. SRPSKOJ – STANJE I PERSPEKTIVE Srđan Ljubojević1 Dane Marčeta1 1 Šumarski fakultet, Univerzitet u Banja Luci Apstrakt: U svijetu konstantno raste potreba za proizvodnjom energije iz obnovljih resursa u koje spada i šuma. Ta potreba je naglašena na međunarodnom nivou kroz niz konvencija, zaključaka, preporuka i aktivnosti. EU Plan za biomasu (Biomass action plan BAP) je identifikovao 32 ključne aktivnosti za jačanje tržišta biomase među kojima su i preporuke za utvđivanje potencijala i otklanjanja prepreka za korišćenje biomase. Evropski savjet je u martu 2007. g. utvrdio ciljeve za Sektor obnovljivih energija (RES) do 2020.g. koji podstiču proizvodnju bioenergije i postavljaju ciljeve za povećanje udjela energije dobijene iz obnovljivih izvora na 20 %. Biomasa je ključna varijabla u globalnom bilansiranju kruženja CO2. FAO definiše biomasu kao: masu dijelova drveta (stablo, kora, grane, grančice), živih ili mrtvih, grmova i žbunja, izuzimajući panjeve, korijenje, lišće, cvijetove i sjeme. (FAO 1998). Iz praktičnih razloga kalkulacije su rađene na bazi definicije iz FAO Forestry Paper 134 gdje se kaže da je biomasa ukupna količina organske mase drveta iznad tla uključujući lišće, grane, grančice, deblo, i koru. Šume su energetski izvor kroz pretvaranje šumske biomase u čvrsta, tečna i gasovita goriva za industrijsku i upotrebu u domaćinstvima. Bioenergetski sistemi mogu koristiti biomasu koja bio ostala neiskorištena zbog male tržišne vrijednosti ili zbog nekonkurentosti troškova prikupljanja. U konvencionalnom šumarstvu biomasa za energiju se dobija uglavnom kao sporedni produkt proizvodnje tehničkog drveta. Skoro sve operacije u šumarstvu ostavljaju za sobom ostatke (ovršci, grane, iglice, kora) koji su iskoristivi za bioenergiju. Procjenjuje se da šumski ostaci čine 25-45% od posječenog drveta (FAO). Ti šumski ostaci su uglavnom raspršeni na većoj površini što čini transportne troškove prema energetskoj jedinici visokim. Pogotovo ako se uzme u obzir tehnologija koja je sada u upotrebi u šumarstvu R. Srpske. Sada već postoje mnoga tehnološka rješenja koja taj problem donekle riješavaju i koja su kod nas još uvijek relativno nepoznata. Površina šuma i šumskih zemljišta iznosi 13.038,84 km2 , ili 52,04 % od površine RS. U ukupnoj površini šuma i šumskih zemljišta, površine državnih šuma učestvuju sa 76,7 %, privatne šume sa 21,6 %, industrijske plantaže sa 0,6 % i nacionalni parkovi sa 1,1 %. Ukupna zaliha drvne mase u državnim šumama procjenjuje se na 226,9 mil. m3, a u privatnim na 42,8 mil m3. Od navedenih količina značajan dio se već koristi u 119 energetske svrhe, kao klasično ogrevno drvo, sto se se smatra neefikasnim načinom sa niskim stepenom iskorišćenja a isto tako značajan dio ostaje neiskorišćen. Cilj ovog rada je da se prikaže trenutno stanje i potencijal za korišćenje šumske biomase u energetske svrhe, da se ukaže na osnovne prepreke za korišćenje i daju neke smjernice za njihovo prevazilaženje uz primjenu novih tehnoloških rješenja prema iskustvima iz drugih zemalja. Ključne riječi: obnovljiva energija, šumska biomasa, potencijal UVOD Postoji više razloga za povećanje korišćenja biomase u energetske svrhe u Evropi. Posebno globalna zabrinutost oko klime. Šumska biomasa se smatra obnovljivim energetskim izvorom, carbon neutralnim, zbog toga što se prilikom sagorijevanja oslobođeni CO2 opet apsorbuje prilikom fizioloških procesa u biljkama prilikom čega se stvara nova biomasa Biomasa je takođe lokalno rasprostranjeno gorivo koje povećava lokalnu energetsku sigurnost, povećava aktivnosti i zaposlenost u ruralnim područjima, smanjuje zavisnost od fosilnih goriva. EU se obavezala da će redukovati emisiju CO2 (greenhouse gases GHG) za 8% do 2012 u odnosu na refenernu godinu, 1990 (EC 2004a), a do 2010 za 20% (Roser et al 2010). Šume su izvor dostupne, ekološki prihvatljive obnovljive enregije. Korištenje mora biti održivo na ekološkim, ekonomskim i društvenim osnovama. Koristi od šume kao izvora goriva su poznate kroz dugu istoriju i šume u nekim zemljama su prošle kroz periode teške eksploatacije. Danas se šumama gazduje na održiv način pri čemu je održavanje šumskog ekosistema tema ekologa, političara i društva u cjelini. VRSTE ŠUMSKE BIOENERGIJE Sirovina za proizvodnju energije iz drveta dolazi uglavnom iz drveća koje raste u šumi a u posebnim slučajevima iz posebnih plantaža sa kratkom ophodnjom. U današnjem gazdovanju šumama kao sirovina za energiju uglavnom se koristi tradicionalno ogrevno drvo i šumski ostaci koji nastaju kao sporedni produkt koji se javlja u nekoj fazi radova u šumarstvu odnosno proizvodnji drvnih proizvoda. Prema porijeklu ostaci mogu biti primarni sekundarni i tercijarni (Shema 1). 120 Drvno gorivo Energetske šume Šumska biomasa Primarni ostaci Šumski ostaci: - ostaci poslije glavnih sječa, Tradicionalno ogrevno drvo Sekundarni Industrijski ostaci: - kora, - piljevina, - industrijski iver Tercijarni ostaci Korišteno drvo: - konstrukciono drvo, - oštećeno drvo, Shema 1: Vrste drvne sirovine prema porijeklu Svi dijelovi drveta se mogu koristiti za energiju, ali postoje razlike između različitih vrsta drveća kao i razlike u dostupnosti i kvalitetu dijelova drveta. Glavne komponenete stabla su klasifikovane na sledeći način (Roser at al 2010): 121 Deblo Stablo – nadzemni dio Kompletno stablo Ovršak Krošnja Krošnja Panj Sistem panja i korijenja Korijenje Slika 1.: Kategorije drvne biomase (Roser at al 2010) Energija se iz biomase proizvodi i danas, pogotovo u zemljama u razvoju. Udio biomase u ukupnoj potrošnji energije u svijetu iznosi 14,7%, od toga u razvijenim zemljama 2,8%, te u zemljama u razvitku 38,1%. Glavna prednost biomase u odnosu na fosilna goriva je neopterećivanje atmosfere gasovima „staklene bašte“. Računa se da je opterećenje atmosfere s CO2 pri izgaranju biomase kao goriva zanemarivo, budući da je količina emitovanog CO2 prilikom izgaranja jednaka količini apsorbovanog CO2 tokom rasta biljke. Energetski sadržaj biomase, ali i drugih goriva može se izraziti njihovom gorivom vrijednošću. S obzirom na visok stepen nehomogenosti biomase, na gorivu vrijednost utiče nekoliko činilaca. Naime, osnovni pokazatelj raspoložive energije iz drvne biomase je udio vlage. Tako se u zavisnosti o udjelu vlage goriva vrijednost drveta kreće od 8,2 do 18,7 MJ/kg. Udio pepela u drvetu iznosi uglavnom oko 1%, dok je udio ugljenika oko 50% (Granić et al 2009). U šumarstvu pri izvođenje mjera njege i obnavljanja šuma istovremeno se realizuje i funkcija iskorišćavanja šuma, te se u tom proizvodnom procesu uzgoja i korišćenja 122 šuma dobijaju znatne količine biomase koje se mogu upotrijebiti za proizvodnju energije. U energetske svrhe se može koristiti i drvo iz sanitarnih sječa (vjetroizvale, ledolomi, oboljela stabla, drvo sa opožarenih površina, itd.). Pri klasičnom iskorišćavanju šuma u Republici Srpskoj koristi se drvo debla, rašlja i grana čiji je prečnik s korom na tanjem kraju veći od 7 cm. Na taj se način iskoristi 60 do 70% drvne mase zrelih sastojina, a mlađih samo 50%. Ostatak pri sječi i izradi čine neupotrebljivi dio krupnog drveta, ali i gubici dijela obima zbog propisanog načina mjerenja šumskih proizvoda. Oštećenja trupaca uzrokuju i radna sredstva na sječini i stovarištu, a nastaju i zbog načina rada, uticaja iz okoline te ljudskih pogrešaka. Udio ostataka i otpada zavisi od brojnih činilaca, a prosječno se za sve sastojine i vrste drveća pri sječi i izradi te privlačenju može računati s nešto više od 20% ostatka. Svi gubici koji nisu pravi šumski otpad te dio kore tehničkog drveta, kao i onaj dio drveta koji se zbog propisanih mjernih metoda prenosi šumskim sortimentima u pogone drvne industrije, uključuje se u ostatak, odnosno otpad pri obradi drveta. Taj dio ostatka zavisi od stepena iskorišćenja pri obradi drvne mase, načina obrade i namjene drveta, a prosječno iznosi od 30%. Pored toga, znatan dio otpadaka se dobija u drvno-prerađivačkoj industriji. Iz ovih otpadaka osim što se direktno koriste za toplotnu i električnu energiju (može se koristiti u svježem odnosno mokrom stanju), daljnjom preradom (presovanjem) suvih mljevenih otpiljaka i piljevine proizvode se briketi i peleti koji imaju visoki energetski potencijal. Određene vrste biomase poput drvnih ostataka se već decenijama koriste kao ogrevno drvo, međutim, postoji i čitav niz novih formi biomase čija upotreba zahtjeva nova znanja u pogledu proizvodnje, sječe (šumarstvo) ili žetve (poljoprivreda), skladištenja i prerade. OBLICI DRVNE BIOMASE ZA ENERGIJU Drvna biomasa se u energetske svrhe koristi u različitim oblicima. Zavisno o karakteristikama drvne biomase tj. veličini, distribuciji veličine, vlažnosti, udjelu pepela i onečišćenja (npr. kamenje, zemlja i pijesak) zavisi i tehnologija iskorištavanja. Energetski sadržaj drvne biomase se prikazuje ogrevnom vrijednošću koja zavisi o njenim fizičko-hemijskim karakteristikama, prvenstveno o vlažnosti sirovine (Tabela 1). Ogrevna vrijednost se iskazuje kao gornja (eng. gross calorific value – GCV) odnosno kao donja ogrevna vrijednost (eng. net calorific value – NCV). Gornja ogrevna vrijednost predstavlja sadržaj energije biomase bez slobodne vode dok je u slučaju donje ogrevne vrijednosti u obzir uzeta energija potrebna za isparavanje vode. Ogrevna vrijednost drveta ovisi i o vrsti drveta odnosno njegovoj gustoći. U prosjeku, gornja ogrevna vrijednost drveta iznosi oko 19,5 MJ/kg. Vlažnost drvne biomase se obično izražava u odnosu na svježu sirovinu (eng. wet basis – w.b.), ali ju je moguće izražavati i u odnosu na suhu sirovinu (eng. dry basis – d.b.). Vlažnost tek posječenog drveta iznosi oko 50% (w.b.) dok nakon perioda sušenja iznosi oko 18% (w.b.), što uveliko zavisi o načinu i vremenskom trajanju skladištenja nakon sječe. Prirodni udio pepela u iglicama i lišću prelazi i 5%, u granjevini i kori iznosi otprilike 3%, dok u deblu iznosi oko 0,6%. Također, trenutno se koriste različite tehnike 123 prethodne obrade sirovine radi povećanja gustoće čime se ostvaruje veća energetska vrijednost u odnosu na zapreminu te se smanjuju troškovi transporta i olakšava manipuliranje sirovinom. Tako, gustoća drvne biomase može varirati od 150 kg/m3 do preko 600 kg/m3 (Tabela 2). Tehnologije vezane uz prethodnu obradu sirovine uključuju dobro poznate mehaničke tehnologije, kao što su sječa i proizvodnja sječke, ali i manje poznate i korištene termomehaničke i termohemijske tehnologije za povećavanje gustoće sirovine, kao što su proizvodnja peleta ili torefikacija kojom nastaje proizvod sličan ugljenu čime se povećava energetska vrijednost, energetska gustoća te mogućnost drobljenja sirovine. Tabela 1: Svojstva drveta i nekih drvnih prerađevina (Izvor: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS) i Ecofys (2005.): Planning and installing bioenergy systems: A guide for installers, architects and engineers, James&James (Science Publishers) Ltd.) Vrsta drvne biomase Tvrdo drvo (bukva) Ogrevna vrijednost (MJ/kg) Udio vode (%) Postupak sušenja Sadržaj energije (kWh/kg) Na vazduhu 18 14,6 4,1 Prirodno 35 11,1 3,1 Sirovo 50 7,9 2,2 Na vazduhu 18 14,9 4,1 Prirodno 35 11,3 3,1 Sirovo 50 8,1 2,3 Peleti Iz sušare 10 17 4,7 Piljevina Iz sušare 10 17 4,5 Blanjevina Iz sušare 10 17 4,4 Meko drvo (jela) Tabela 2: Gustoća drvne biomase (Izvor: The Biomass Assessment Handbook – Bioenergy for a Sustainable Environment. Ur. Frank Rosillo-Calle et al. Earthscan, 2007.) Gustoća (kg/m3) Niska Visoka Piljevina 150 200 Sječka 200 300 Cjepanica (dužine 30-50 cm) 200 500 Cjepanica (dužine 100 cm) 300 500 Peleti 400 600 124 Najčešći oblici drvne biomase koji se koriste u energetske svrhe su sljedeći: a) b) c) d) e) Ogrevno drvo se dobija od trupaca, otpiljenih krajeva korijenja, krošnji i granjevine. Tehnike dobijanja drveta za energiju se kontinuirano razvijaju, u skladu sa sve većom potražnjom. Tako se drvna biomasa pojavljuje kao višemetarsko i jednometarsko ogrevno drvo, cijepano gorivo drvo dužine 30 do 60 cm uz ostale dimenzije manje od 15 cm, komadno drvo nastalo cijepanjem u smjeru vlakanaca dužine 5 do 50 cm i do 10 cm debelo. Vlažnost svježeg drveta obično iznosi oko 50% dok se poslije sušenja tokom ljetne sezone smanjuje do otprilike 18%, što je preporučena vlažnost za iskorištavanje. Vlažnost, a s time i donja ogrevna vrijednost sirovine, uvelikp zavise o vremenskim prilikama, načinu skladištenja te prekrivanju sirovine. Udio pepela u drvetu, uključujući i koru, obično iznosi manje od 2%. Sječka je oblik drvne biomase veličine 5-50 mm koja se dobija usitnjavanjem trupaca lošijeg kvaliteta, krošnji, granjevine te drvnih ostataka. Za automatizirano korišćenje sječke dobro je da ona bude što ujednačenije veličine. Vlažnost sječke dobijene usitnjavanjem tek posječenog drveta iznosi oko 50%, ali nakon ljetnog sušenja u periodu od 3-6 mjeseci, vlažnost se snižava do 30-40%. Daljnjim sušenjem toplim zrakom važnost se može spustiti do 20%. Sadržaj pepela u sječki zavisi od vrste drveta i udjela lišća, granjevine i trupaca. Sječka, zavisno o načinu proizvodnje i skladištenja, može biti onečišćena kamenjem, zemljom i pijeskom čime se povećava sadržaj pepela. Ogrevna vrijednost sječke ovisi o njenoj vlažnosti te sirovini iz koje je dobijena. Kora se dobija guljenjem s crnogoričnog drveća te rezanjem slojeva u slučaju bjelogorice. Kora ima veliku vlažnost, oko 55-60%, zbog čega se za samostalno iskorištavanje kore obično koriste specijalni kotlovi. Kao vanjski dio drveta, kora sadrži više onečišćenja u obliku zemlje i pijeska nego trupci tako da udio pepela obično iznosi oko 3%. Prosječna gornja ogrevna vrijednost za koru je nešto niža od ogrevne vrijednosti za drvo te iznosi oko 18 MJ/kg. Piljevina i blanjevna su oblici drvne biomase veličine čestica između 1-5 mm. Nastaju prilikom obrade drveta te predstavljaju ostatak odnosno nusproizvod u drvnoj industriji. Sadržaj vlage u piljevini varira zavisno o materijalu koji je obrađivan te može iznositi 6-10%, ali i 45-65% u slučaju kada nastaje obradom svježeg drveta. Blanjevina je vrlo suha s vlažnošću između 5-15%. Navedeni oblici drvne sirovine se obično koriste za proizvodnju peleta i briketa. Takođe, iz razloga što nastaju obradom trupaca sadrže malo onečišćenja te je sadržaj pepela manji od 0,5%. Briketi i peleti se proizvode od suhog, usitnjenog drveta, primarno od kompresirane blanjevine i piljevine. Briketi su kvadratnog ili cilindričnog oblika dužine 10-30 cm i širine 6-12 cm. Peleti su cilindričnog oblika dužine 0,5-4 cm te širine 0,8-1,2 cm. Veličina briketa i peleta je vrlo ujednačena što olakšava 125 njihovo korištenje. Prilikom proizvodnje peleta i briketa moguće je koristiti prirodni vezujući agenti, npr. kukuruzni škrob, za bolje povezivanja čestica. U slučaju da se ovakav agent dodaje, ta informacija mora biti dostupna kupcima jer se time povećava i udio pepela u sirovini. Nadalje, vlažnost peleta i briketa je vrlo niska i iznosi 7-15%. Problemi uzrokovani taloženjem pepela su minimalni jer peleti i briketi imaju mali udio pepela, otprilike 0,5-1%, iz razloga što se za njihovu proizvodnju ne koristi kora. Briketi se uglavnom koriste umjesto ogrevnog drva u kućnim pećima s ručnim punjenjem dok se peleti mogu koristiti u pećima i kotlovima s automatiziranom dopremom goriva zbog njihove manje i standardizirane veličine odnosno dobre protočnosti. POTENCIJAL ŠUMSKE BIOMASE U REPUBLICI SRPSKOJ Kad je u pitanju potencijal šumske biomase u Republici Srpskoj situacija je sljedeća: šume i šumska zemljišta prostiru se na 13.038,84 km2 ili 52,04 % od ukupne površine Republike. U ukupnoj površini šuma i šumskih zemljišta, nesporne površine državnih šuma učestvuju sa 75,3%, održaji (ranije: uzurpacije državnih šuma) sa 1,4 %, privatne šume sa 21,6 %, industrijske plantaže sa 0,6 % i nacionalni parkovi sa 1,1 % (Tabela 3). Tabela 3: Površine šuma i šumskih zemljišta u Republici Srpskoj prema kategoriji vlasništva (Izvor: Katastar površina šuma i šumskog zemljišta u vlasništvu Republike stanje na dan 31.12.2009) Br. Kategorija vlasništva Površina ha % 1. Državne šume, nesporne površine 982.468 75,3 2. Održaji (ranije: uzurpacije državnih šuma) 17.972 1,4 3. Privatne šume 281.965 21,6 4. Industrijske plantaže a.d. Banja Luka 7.500 0,6 5. NP „Kozara“ 3.494,51 0,3 6. NP „Sutjeska“ 10.484,88 0,8 1.303.884,39 100,00 Ukupno Na osnovu podataka Preliminarnog izvještaja Druge inventure šuma na velikim površinama u BiH utvrđeno je da ukupna zaliha šuma u Republici Srpskoj, bez obzira na strukturu vlasništva, iznosi 284,1 miliona m3, od čega je 216 mil. m3 u visokim šumama svih oblika a 68,1 mil. m3 u izdanačkim šumama. 126 Državne šume Kad su u pitanju državne šume, procjenjeno je da ukupna zaliha drvne mase u njima iznosi oko 226,9 mil. m3, od čega na visoke šume sa prirodnom obnovom otpada 151,4 mil. m3 (66,7 %), na visoke degradirane šume 48,7 mil. m3 (22,5 %), na izdanačke šume 20,2 mil. m3 (8,9 %) i na šumske plantaže 6,6 mil. m3 (2,9 %). Prosječna zaliha u visokim šumama sa prirodnom obnovom iznosi 327,44 m3/ha, u visokim degradiranim šumama 211,12 m3/ha, u izdanačkim šumama 113,67 m3/ha i u šumskim plantažama 104,6 m3/ha. Kao primjer godišnje proizvodnje uzećemo 2009 g. Godišnja sječa je približno ista svake godine. U državnim šumama Republike Srpske tokom 2009. godine posječeno je 2.399.356 m3 sveukupne drvne mase, odnosno 1.868.819 m3 krupnog drveta. Od te količine proizvedeno je 1.699.242 m3 neto drvne mase i ostvaren stepen iskorišćenja od 85 % (Tabele 4 i 5). Tabela 4. Obim sječa po kategorijama šuma (Izvor: JPŠ, Izvještaj o izvršenju proizvodno-finansijskog plana 2010)) Kategorija šume Vrsta sječe Sveukupna masa Masa krupnog drveta Neto drvna masa m3 Visoke šume sa prirodnom obnovom Visoke degradirane šume Šumske kulture Izdanačke šume Ukupno – sve kategorije Indeksi 5/3 5/4 Redovne sječe 2.074.289 1.743.548 1.480.069 71 85 Slučajni užici 149.957 125.270 104.671 70 84 Ukupno 2.224.246 1.868.818 1.584.740 71 85 Redovne sječe 17.012 14.215 11.630 68 82 Slučajni užici 8.171 6.780 5.527 68 82 Ukupno 25.183 20.995 17.157 68 82 Redovne sječe 19.600 15.973 13.283 68 83 Slučajni užici 5.799 4.555 3.641 63 80 Ukupno 25.399 20.528 16.924 67 82 Redovne sječe 102.083 80.751 65.438 64 81 Slučajni užici 22.445 18.122 14.983 67 83 Ukupno 124.528 98.873 80.421 64 81 Redovne sječe 2.212.984 1.854.487 1.570.420 71 85 Slučajni užici 186.372 154.727 128.822 69 83 Ukupno 2.399.356 2.009.214 1.699.242 71 85 127 Tabela 5. Obim i asortiman proizvodnje po kategorijama šuma u državnim šumama (Izvor: JPŠ, Izvještaj o izvršenju proizvodno-finansijskog plana 2010) Trupci Kategorija šume FiL TT stubovi Rudno i ostala obl. Celulozno drvo Ogrevno drvo Ukupno za rezanje m3 Visoke šume sa prirodnom obnovom 6.382 774.218 1.635 31.791 203.745 566.969 1.584.740 Visoke degradirane šume 0 625 0 8 338 16.196 17.157 Šumske kulture 0 1.968 510 1.714 5.772 6.960 16.924 Izdanačke šume 0 9.048 77 1.032 2.662 67.602 80.421 m3 6.382 785.849 2.222 34.545 212.517 657.727 1.699.242 % 0,4 46,3 0,1 2,0 12,5 38,7 100 Ukupno Ogrevno i celulozno drvo kombinovano učestvuju sa 51,2 % u ukupnom asortimanu proizvedenih sortimenata iz državnih šuma Republike Srpske. Pilanski trupci (trupci za rezanje) učestvuju sa 46,3 %, rudno i ostalo oblo drvo sa 2 %, furnirski trupci za rezanje i ljuštenje sa 0,4 % i TT stubovi sa 0,1 %. Razlog visokog učešća ogrevnog i celuloznog drveta možemo tražiti u činjenici da su zahtjevi za ovom vrstom sortimenata znatno porasli u posljednjih nekoliko godina, ali i u kvalitetu visokih privrednih šuma, jer je učešće najvrijednijih sortimenata (furnirski trupci za rezanje i ljuštenja) sve manje. Privatne šume Ukupna zaliha drvne mase u privatnim šumama procjenjuje se na 42,8 mil. m3. Najveće učešće u zalihi imaju izdanačke šume sa 22,4 mil. m3 (ili 52,3 %). Odmah iza njih dolaze visoke šume sa prirodnom obnovom sa 19,9 mil. m3 (ili 46,5 %) (Tabela 6). Tabela 6: Stanje zaliha u privatnim šumama Ukupna zaliha Red. br. Kategorija Četinari Lišćari Ukupno m3 Prosječno m3/ha 1 Visoke šume sa prirodnom obnovom 3.746.100 16.156.300 19.902.400 215,1 2 Visoke degradirane šume 1.100 300.600 301.700 128,9 128 3 Šumske kulture 152.400 87.900 240.300 223,3 4 Izdanačke šume 75.600 22.326.300 22.401.900 125,1 Ukupno/prosječno 3.975.200 38.871.100 42.846.300 155,8 Prema planovima gazdovanja za 2009. godinu u privatnim šumama Republike Srpske planirano je da se posječe 815.173 m3 sveukupne drvne mase. Iz te količine planirano je da se proizvede 520.467 m3 neto drvne mase i ostvari stepen iskorišćenja od 64 %; u državnim šumama ovaj parametar uzima vrijednost 71 % (Tabela 7). Jedan dio neto drvne mase vodi porijeklo od slučajnih užitaka (3,6 %), dok preostali dio (96,4 %) potiče iz redovnih sječa, i to većim dijelom iz izdanačkih šuma (52,3 %) nego iz visokih šuma (44,1 %). Ogrevno drvo je najzastupljeniji sortiment u privatnim šumama je, te u ukupnom asortimanu učestvuje sa 53,8 %. Na drugom mjestu nalaze se trupci sa učešćem od 39,4 %, dok na ostale sortimente otpada 6,8 % . Tabela 7. Obim sječa u privatnim šumama po kategorijama šuma/sječa (Izvor: JPŠ, Izvještaj o izvršenju proizvodno-finansijskog plana 2010) Sveukupna zapremina Kategorija šuma/sječa Neto zapremina Vrsta drveta Indeks 4/3 (m3) Visoke šume Izdanačke šume Slučajni užici Ukupno – sve kategorije četinari 61.285 41.207 67 lišćari 328.720 188.349 57 ukupno 390.005 229.556 59 četinari - - - lišćari 398.743 272.341 68 ukupno 398.743 272.341 68 četinari 5.549 3.779 68 lišćari 20.876 14.791 71 ukupno 26.425 18.570 70 četinari 78.381 52.577 67 lišćari 736.792 467.890 63 Ukupno 815.173 520.467 64 129 Tabela 8. Obim i asortiman proizvodnje u privatnim šumama Trupci TT stubovi Rudno i ostala obl. Celulozno drvo Ogrevno drvo Ukupno Kategorija šuma/sječa (m3) Visoke šume 123.916 950 14.464 7.169 83.057 229.556 Izdanačke šume 71.140 0 6.025 5.053 190.123 272.341 10.247 114 1.458 473 6.278 18.570 m 205.303 1.064 21.947 12.695 279.458 520.467 % 39,4 0,2 4,2 2,4 53,8 100 Slučajni užici 3 Ukupno Šumske kulture U ukupnom nespornom šumskom fondu RS (963 283,4 ha) šumske kulture učestvuju sa 60 473 ha ili 6,3 %. Od toga najveće površine zauzimaju kulture borova (bijelog i crnog) i smrče (odnosno jele). Naime borove kulture su zastupljene sa 49,31 % (29 811,8 ha) a kulture smrče odnosno jele sa 41,24 % (24935,3 ha). Ostale površine kategorije šumskih kultura u RS zauzimaju kulture raznih vrsta drveća (duglazija, borovac, omorika, hrast, jasen i dr.) na koje otpada 5275,9 ha ili svega 8,7 % od ukupne površine šumskih kultura. TEHNOLOGIJE PROIZVODNJE (PRIKUPLJANJA) ŠUMSKE BIOMASE Pod tehnologijom rada u širem smislu podrazumijevamo način proizvodnje, koji je određen tehnološkim procesom rada, sredstvima za rad i tehnikom rada, organizacijom rada i kontrolom proizvodnje. Sada aktuelni načini proizvodnje šumskih drvnih sortimenata u šumarstvu RS orjentisani su uglavnom na proizvodnju tehničkog i ogrevnog drveta u pojavnim oblicima koji su definisani JUS-om. Mnogi dijelovi stabla van tih kategorija (lišće, grane, grančice itd.) ostaju neiskorišćeni u sječini. Osnovni kriterijum tehnološke podjele rada u iskorišćavanju šuma predstavlja mjesto na kojem se izrađuju šumski drvni sortimenti. Prema ovom kriterijumu razlikujemo dva osnovna sistema iskorišćavanja šuma: 1. sistem sječe stabala i definitivne izrade drvnih sortimenta u sječini kod panja, 2. sistem sječa stabla u sječini kod panja i izrade sortimenata na stovarištu. Tako u prvom slučaju govorimo o sortimentnom metodu iskorišćavanja šuma, a u drugom slučaju o deblovnom ili o stablovnom metodu iskorišćavanja šuma. Kod deblovnog metoda nakon sječe stabala grane se odsijecaju i ostaju u sječini, a cijelo deblo se transportuje na stovarišta. Kod stablovnog metoda nakon sječe cijelo stablo sa 130 granama i lišćem se transportuje na stovrišta gdje se onda dalje vrši obrada. Sa stanovišta korišćenja biomase najpogodniji je stablovni metod, zatim deblovni a najmanje pogodan je sortimentni. Različita tehnološka rješenja kod sječe omogućavaju veću ili manju upotrebu mehanizacije odnosno sistema koji omogućavaju korišćenje biomase cijelog stabla. Stabala koja se sjeku prilikom proređivanja kultura imaju relativno male zapremine. U odnosu na sječe u visokim ekonomskim šumama, vrijednost izrađenih drvnih sortimenata je manja, manji su i ostvareni učinci a troškovi proizvodnje su znatno veći. Postoji niz tehnologija koje imaju za cilj da racinalno iskoriste biomasu drveća. One se mogu svrstati u dvije osnovne grupe, s obzirom na stepen iskorišćenja raspoložive fitomase drveća: - jednokomponentni sistem: stablo – usitnajvanje – sječka - dvokomponentni sistem: - klasični sortimenti - usitnjavanje otpadne fitomase - sječka stablo – trupljenje Jednokomponentni sistem korišćenja biomase drveća Ovaj sistem podrazumijeva usitnjavanje cjelokupne mase stabla u formu sječke. On se uglavnom provodi u čistim sječama, na kraju produkcionog perioda. U zavisnosti od mjesta na kojem se vrši usitnjavanje, moguće su najmanje tri varijante ovog sistema: a/ STABLO – USITNJAVANJE – SJEČKA – TRANSPORT - UPOTREBA u sječini u sječini sječke b/ STABLO – TRANSPORT CIJELIH – USITNJAVANJE – SJEČKA TRANSPORT - UPOTREBA STABALA na stovarištu na stovarištu sječke c/ STABLO – TRANSPORT CIJELIH – USITNJAVANJE - UPOTREBA STABALA u pogonu za upotrebu 131 Primjena jednokomponentnog sistema iskorišćavanja biomase pretpostavlja ispunjenje nekoliko veoma bitnih pretpostavki: prije svega mora da postoji tržište sječke, osnosno potrošači koji su zainteresovani za kupovinu ovog proizvoda; također, potrebne su mašine koje prevode biomasu u sječku; isto tako potrebne su značajne šumske površine pogodne za proizvodnju sječke kako bi se ekonomski isplatila nabavka skupih mašina – iverača. . Dvokomponentni sistem korišćenja biomase drveća Dvokomponentni sistem obezbjeđuje dvije grupe proizvoda iz biomase drveća: standardne šumske drvne sortimente i otpadnu biomasu kao potencijalnu sirovinu za dalju upotrebu. Pri klasičnom iskorišćavanju šuma, primjenom sortimentog metoda, ne postoje racionalni uslovi za iskorišćavanje otpada (odnosno dijelova biomase stabala ispod 7 cm prečnika na debljem kraju, mjereno sa korom) koji tom prilikom nastaje, zbog njegove razbacanosti po cijelom šumskom prostoru (varijanta «0»). 0/ STABLO – TRUPLJENJE – SORTIMENTI – PRIVLAČENJE SORTIMENATA TRANSPORT - UPOTREBA u sječini u sječini do stovarišta u sječini | OTPADNA BIOMASA ostaje u sječini neiskorišćena Sa druge strane, kod dvokomponentnog sistema, kao i u prethodnom sistemu, moguće su najmanje tri varijante, s obzirom na mjesto na kojem se vrši trupljenje i izrada sortimenata: a/ STABLO – TRUPLJENJE – SORTIMENTI – PRIVLAČENJE SORTIMENATA TRANSPORT - UPOTREBA u sječini u sječini do stovarišta u sječini | OTPADNA BIOMASA - PAKETIRANJE BIOMASE – IZNOŠENJE I TRANSPORT UPOTREBA u sječini u sječini VALJKASTIH OTPRESAKA 132 b/ STABLO – PRIVLAČENJE CIJELIH – TRUPLJENJE – SORTIMENTI TRANSPORT - UPOTREBA STABALA na stovarištu na stovarištu sortimenata do stovarišta u sječini | OTPADNA BIOMASA – USITNJAVANJE – SJEČKA – TRANSPORT na stovarištu na stovarištu na stovarištu c/ STABLO – PRIVLAČENJE I TRANSPORT – TRUPLJENJE – SORTIMENTI – TRANSPORT - UPOTREBA CIJELIH STABALA na CMS na CMS sortimenata do CMS | OTPADNA BIOMASA – USITNJAVANJE – SJEČKA - UPOTREBA na CMS na CMS na CMS na CMS Sječa biomase, transport i logistika su važni faktori u proizvodnji biogoriva. Inžinjeri nastoje da integrišu sistema da bi ove faze učinili efikasnijim. Primjeri za to su i harvesteri koji su razvijeni specijalno za korišćenje biomase a koji kombinuju sječu usitnjavanje i transport biomase za energinu. Takav je Valmet 801 Bioenergy Combi koji kombinuje harvester i iverač. (Slika 2). Najefikasnija primjena mu je u proredama u plantažama. Slika 2. Harvester/iverač Valmet 801c Bioenergy 133 Ovdje se praktično donosi iverač u šumu umjesto da se sirovine za iveranje iznosi iz šume. Time se pratkično povećava masa materije koja se transportuje i transport se čini troškovno prihvatljivijm. Sistem funkcioniše tako da harvester prilikom sječe može da hvata i ostatke kojima hrani iverač montiran na prednjoj strain harvestera. Iver se zatim odvodi u kontejner zapremine 27 m3 koji se nalazi na zadnjoj strani harvestera. ZAKLJUČNA DISKUSIJA Šume i šumska zemljišta prostiru se na 13.038,84 km2 ili 52,04 % od ukupne površine Republike Srpske. Prema tome RS je jedna od najšumovitijih regija u Evropi. Korišćenje šumskog fonda se još uvijek bazira na sječi šumskih drvnih sortimenata na klasičan način, motornom testerom i sortimentnim metodom. Pri klasičnom iskorišćavanju šuma koristi se drvo debla, rašlja i grana čiji je prečnik s korom na tanjem kraju veći od 7 cm. Na taj se način iskoristi 60 do 70% drvne mase zrelih sastojina, a mlađih samo 50%. Ostatak pri sječi i izradi čine neupotrebljivi dio krupnog drveta, ali i gubici dijela obima zbog propisanog načina mjerenja šumskih proizvoda. Gubitke uzrokuju i radna sredstva na sječini i stovarištu, a nastaju i zbog načina rada, uticaja iz okoline te ljudskih pogrešaka. Udio ostataka i otpada zavisi od brojnih činilaca, a prosječno se za sve sastojine i vrste drveća pri sječi i izradi te privlačenju može računati s nešto više od 20% ostatka. Da bi se povećao procenat iskorišćenja i omogućilo korišćenje drveta za proizvodnju energije potrebno je izvršiti reorganizaciju prozvodnje kroz uvođenje modernijih tehnoloških rješenja i promjenu načina rada. Promjena načina rada podrazumjeva prelazak sa sortimentnog na deblovni i stablovni metod gdje god je to moguće. Modernizacija podrazumjeva upotrebu savremene mehanizacije koja omogućava korišćenje dijelova drveta tanjih od 7 cm, a to je upravo onaj dio koji se može koristi za energiju. LITERATURA [1.] Anonimus (2009): Strategija razvoja energetike Republike Srpske 2009 [2.] Anonymus (2010): Izvoz i uvoz drvnih sortimenata u BiH u 2009. godini. Ministarstvo trgovine i turizma Republike Srpske. [3.] Anonymus (2010): Preliminarni izvještaj Druge inventure šuma na velikim površinama u BiH. [4.] Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS) i Ecofys (2005.): Planning and installing bioenergy systems: A guide for installers, architects and engineers, James&James (Science Publishers) Ltd. [5.] FAO. 2008. The State of Food and Agriculture – BIOFUELS: prospects, risks and opportunities. FAO, Rim, Italija. [6.] German Advisory Council on Global Change. 2008. Future Bioenergy and Sustainable Land Use. WBGU, Berlin, Njemačka. [7.] German Solar Energy Society (DGS), Ecofys (2005) Planning and installing bioenergy systems : a guide for installers, architects and engineers. 134 [8.] Granić, G., Zeljko, M., Moranjkić, I., Martinez, J.A., Olano, M. i Jurić, Ž. 2009. Studija energetskog sektora u BiH – nacrt konačnog izvještaja. Energetski institut Hrvoje Požar, Zagreb, R. Hrvatska. [9.] JPŠ „Šume Republike Srpske“ a.d. Sokolac (2008): Plan gazdovanja šumama u privatnoj svojini za 2009. godinu. [10.] JPŠ „Šume Republike Srpske“ a.d. Sokolac (2009): Izvještaj o izvršenju Plana gazdovanja šumama u privatnoj svojini za period 01.01.do 30.06.2009. [11.] JPŠ „Šume Republike Srpske“ a.d. Sokolac (2009): Izvještaj o izvršenju proizvodno-finansijskog plana za period 01.01.-31.12.2008. godine, Sokolac, mart 2009. [12.] JPŠ „Šume Republike Srpske“ a.d. Sokolac (2009): Izvještaj o izvršenju proizvodno-finansijskog plana za period 01.01.-30.06.2009. godine, Sokolac, august 2009. [13.] JPŠ „Šume Republike Srpske“ a.d. Sokolac (2009): Katastar površina šuma i šumskog zemljišta u privatnoj svojini, stanje 31.12.2008. [14.] JPŠ „Šume Republike Srpske“ a.d. Sokolac (2010): Katastar površina šuma i šumskog zemljišta u vlasništvu Republike stanje na dan 31.12.2009. [15.] JPŠ „Šume Republike Srpske“ a.d. Sokolac (2010): Izvještaj o izvršenju proizvodno-finansijskog plana za period 01.01.-31.12.2009. godine, Sokolac, mart 2010. [16.] Ljubojević S., Marčeta D. (2007): Nivo iskorišćavanja šuma u zaštićenim područjima Republike Srpske. Glasnik Šumarskog fakulteta Univerziteta u Banjoj Luci br. 7, str. 23-50. [17.] Republički zavod za statistiku RS (2010): Statistika šumarstva, Mjesečni statistički pregled, januar 2010. [18.] Roser, D., Asikanen A., Raulund Rasmussen, K.., Stupak, I., 2010: Susatinable use of forest biomass for energy, A synthesis with focus on the Baltic i Nordic Region. Springer [19.] Rosillo-Calle, Frank et al., 2007.The Biomass Assessment Handbook – Bioenergy for a Sustainable Environment. Ur. Earthscan [20.] Topić D. (2010): Privatni vlasnici šuma u Republici Srpskoj – šanse i mogućnosti. Međunarodna radionica „Small scale forestry in republic of Srpska – chance and oportunity“, „Naša šume“, Banja Luka, 14.06.2010. FOREST BIOMASS AS RENEWABLE ENERGY SOURCE IN REPUBLIC OF SRPSKA – STATE AND PERSPECTIVE Srđan Ljubojević1 Dane Marceta1 1 Faculty of Forestry University of Banja Luka Abstract: A demand for the energy production from renewable energy sources in the world is constantly increasing. It is emphasized on the international level through set of conventions, conclusions, recommendations and activities. EU Biomass Action Plan (BAP) identified 32 key activities for strengthening of biomass market; among the rest are recommendations for estimation of potential and removing of obstacles for using of biomass. In March 2007. European Council established the aims in Sector of renewable energy (RES) by 2020, which stimulate bioenergy production and set goals for increasing of renewable energy participation up to 20%. Biomass is key variable in global CO2 balancing. FAO defines the woody biomass as: “the mass of woody part (stem, bark, branches, twigs) of trees, alive or dead, shrubs and bushes, excluding stumps and roots, foliage, flowers and seeds” (FAO, 1998). However, for practical reason the calculations are based on the definition of biomass as given by the FAO forestry Paper 134 stating that: “biomass is the total amount of aboveground organic matter present in trees including leaves, twigs, branches, main bole and bark”. 135 Forests are a source of energy through the conversion of woody biomass into convenient solid, liquid or gaseous fuels to provide energy for industrial, commercial or domestic use. Bioenergy systems often use biomass that would otherwise be unmerchantable because of low market price or high transport costs. Conventional forestry systems mainly yield biomass for energy as a by-product of timber production systems. Almost all harvesting operations leave residues (tops, branches, needles, bark) which are usable for bioenergy. It is estimated that forest residues participate 25-45 % of total amount of cut wood (FAO). Forest residue is mainly low density and that make transport cost per energy unit high, especially when we consider technology which is in use in forestry of RS. There are technological solutions which partially solve this problems but they are still relatively unknown in forestry of RS. Forest and forest land cover 13.038,84 km2 or 52,04 % of total surface of RS. In total surface state forests participate with 76,7 %, private forests with 21,6 %, industrial plantations 0,6 % and national parks with 1,1 %. Estimated total growing stock is 226,9 mil. m3 in state forests and 42,8 mil. m3 in private forests. From this amount important part is already in use as energy wood, but as classic firewood, which is considered as inefficient way with a low degree of utilization and also significant part remain unused. Purpose of this work is to present state and potential for using of forest biomass for energy, to point on some obstacles and give some guidelines for their overcome with applying new technical solutions according experience of other countries. Key words: renewable energy, forest biomass, potential 136 PRIMENA KONCEPTA NULTE EMISIJE U HEMIJSKOJ INDUSTRIJI V. Mićić, B. Pejović, M. Tomić, R. Grujić, V. Aleksić, Z. Petrović Tehnološki fakultet Zvornik Apstrakt: Koncept nulte emisije ima za cilj da maksimizira produktivnost resursa (njihov stepen konverzije) i poveća ekološku efikasnost uz istovremeno eliminisanje otpada i zagađenja koje bi bilo posledica dobijenih produkata. Kada se ideja o konceptu nulte emisije pojavila 1991 godine bilo je nekoliko mišljenja koja su smatrala da je to nerealna zamisao. Smatralo se da se taj koncept ne može ostvariti zato što ne može biti nađena nijedna materija koju mi možemo potpuno reciklirati i otpad praktično svesti na nulu. Sve rasprave skeptika i kritičara koncepta nulte emisije svodile su se na jedno – nulta emisija je nemoguća. Više projekata koji su rađeni o nultoj emisiji u industrijalizovanim i razvijenim zemljama ilustruje njihove probleme u implementaciji, ali i ukazuje da je taj koncept izvodljiv na duži rok. Jednostavno opšti zaključak je da je to proces koji je moguć ali za koji treba još dosta truda i posla. Ključne reči: nulta emisija, otpad, recikliranje, sprečavanje zagađenja KONCEPT NULTE EMISIJE U vrijeme kada predloženi koncepti za smanjivanje, ponovno korišćenje i recikliranje otpada generalno nisu dali očekivane rezultate za smanjivanje negativnih uticaja na životnu sredinu pojavio se koncept nulte emisije. Imajući u vidu da je poslednjih nekoliko godina količina otpada u stalnom porastu, potražnja za energijom sve veća a raspoloživi prirodni resursi ograničeni, korišćenje otpada je postala jedna od glavnih oblasti od interesa za istraživače. Predloženi koncept podrazumeva optimizaciju integrisanog sistema procesa i zahtjeva industrije sa redizajniranim procesom proizvodnje uz korišćenje resursa kako sirovina u procesu tako i otpada u cilju održivosti. Koncept nulte emisije ima za cilj da pomjeri (udalji) industrijsku proizvodnju od konvencionalnog linearnog modela, u kojem sirovine završavaju kao otpad na kraju procesa. Umesto konvencionalnog linearnog modela koji je do danas najrasprostranjeniji u industrijskim procesima, koncept nulte emisije predviđa da se svi industrijski inputi (sve sirovine koje ulaze u proces) počnu koristiti u finalnim produktima ili da se konvertuju u inpute (ulaze) za druge industrije i druge procese 137 proizvodnje. Od industrije kao celine se očekuje da ne ispušta i ne odlaže ništa u okolinu, tako da bi trebalo da funkcioniše kao prirodni ekološki sistem [1, 2]. Ostvarivanje nulte emisije zahtjeva adekvatne promene u društvu kao cjelini. Sa ekonomske tačke gledišta, koncept nulte emisije može značiti veću konkurentnost i predstavlja neprekidno kretanje prema većoj iskorišćenosti sirovina, većoj produktivnosti sa ciljem da se sa što manje ulaznih sirovina dobije što više proizvoda. Nulta emisija može se zbog toga razumeti i kao novi standard u pogledu efikasnosti i integracije [3]. METODOLOGIJA USPOSTAVLJANJA NULTE EMISIJE Metodologija prema kojoj je koncept nulte emisije u industrijskim ekosistemima uspostavljen ima tri osnovne faze. Metodologija počinje sa postavljanjem i analiziranjem materijalnih i energetskih tokova (ulazni i izlazni tokovi iz sistema). Prva faza se delimično završava sa postavljanjem materijalnih i energetskih bilanasa za otpade i analizom postavljenih bilanasa. Druga faza predstavlja analiziranje različitih mogućnosti sprječavanja stvaranja otpada. Treća faza bavi se identifikovanjem, analiziranjem i projektovanjem mogućih opcija obnovljivosti van datog mjesta i njihovog ponovnog korištenja. To takođe iziskuje identifikovanje zaostalih otpada u trećoj fazi i postupak tretiranja koji slijedi je metod usmeren prema nultoj emisiji [4]. Analiza materijalnih i energetskih tokova je važna iz razloga identifikacije produkata, otpada, prekomernosti (suvišnosti) potrošnje materijala i energije u proizvodnji. Mogućnosti sprječavanja nastajanja otpada je faza bazirana na analiziranju materijalnih i energetskih tokova. Na osnovu te analize i podataka do kojih dođemo može se djelovati u cilju sprječavanja nastanka otpada i njegovom minimiziranju ako on ipak nastaje. Identifikacija, analiziranje i projektovanje rješenja za mogućnost ponovnog korištenja i obnavljanje van mesta nastanka predstavlja fazu u kojoj se razmatra ponovno korištenje, recikliranje i obnovljivost produkta. Produkti će ponovo biti korišćeni kao ulazi (inputi) u druge procese da bi se ostvario krajnji cilj „nulti otpad“ (slučaj bez generisanja otpada u procesu). Ukoliko je potrebno postaviti osnove koncepta nulte emisije onda se to može definisati i postići na slijedeći način: 138 definisanjem pristupa, menadžerskim i markentiškim pristupom, neutralizacijom sistema sa CO2, iskorištenjem otpadne vode i otpada. PROCES UVOĐENJA NULTE EMISIJE U HEMIJSKOJ INDUSTRIJI Opstanak civilizacije se suočava sa glavnim izazovima koji su često protivrječni sa stanovišta ispunjenosti ekoloških zahteva, održanja zdravlja ljudi i ekonomskog razvitka dok u isto vreme treba obezbediti sigurno i nesmetano snabdijevanje energijom. Situacija sa fosilnim gorivima može biti kritična u pogledu osiguranja energetske stabilnosti i ekonomskog napretka. Njihovo korištenje ima primarni uticaj na okolinu, što je poslijedica emisije gasova koji izazivaju efekat staklene bašte. Koncept koji se bazira na nultoj emisiji može biti upotrebljen u svakoj industriji koja koristi fosilna goriva. Uloga fosilnih goriva i ugljovodonika biće ključna za osiguranje svetskih energetskih potreba u 21 veku. Ugalj, ulje i gas trenutno obezbeđuju oko 85% svetskih energetskih potreba. Udio ugljovodonika u obezbjeđenju energije na globalnom nivou je preko 50%. Nezavisni analitičari stanja na energetskom tržištu smatraju da će se cijene fosilnih goriva zadržati na niskom nivou i u narednom periodu. Zahtjevi za energijom će rasti naročito brzo u zemljama u razvoju. Ove zemlje će učestvovati sa 68% u povećanju potražnje za energijom u periodu od 1997 – 2020. godine. One već imaju težište oslonca na fosilna goriva. Zemlje kao što su Kina i Indija čije ekonomije biljeleže izrazito veliki rast poslednjih godina će u periodu od 1997 – 2020. godine učestvovati u povećanju svjetske potražnje za ugljem za oko 70%. Zbog zemalja u razvoju i njihove prevashodne orijentacije na fosilna goriva i u doglednoj budućnosti potražnja za fosilnim gorivima će zadržati svoju lidersku poziciju [7]. Razvoj tehnologija za korištenje fosilnih goriva na principu nulte emisije može biti jedna od najvažnijih tehnologija koje se odnose na korišćenje fosilnih goriva u 21 vijeku. Koncept nulte emisije može biti upotrijebljen za svako fosilno gorivo. Čiste, napredne tehnologije koje se koriste kod fosilnih goriva da bi imale nultu emisiju zahtijevaju fleksibilnost goriva i visoku efikasnost. Ove tehnologije se koriste ukoliko zemlje treba da riješe problem suprostavljenosti potreba. Ukoliko su razvijene, ove tehnologije imaju prenosni uticaj na korišćenje energije u svetu i istovremeno su vitalno neophodne da: obezbede dostupnu, čistu energiju koja će zadovoljiti povećanu potražnju za energijom, riješi kritične ekološke probleme (redukuje emisije ugljen dioksida i drugih polutanata), ukaže na probleme u vezi energetske sigurnosti i stabilnosti i potpomogne korištenje raznovrsnosti fosilnih goriva, ublaži odnosno smanji finansijske troškove u vezi održivog razvoja. Najveći deo investicija u tehnologije nulte emisije kod fosilnih goriva biće u zemljama u razvoju pošto će kod njih rasti globalna emisija iz svih vrsta fosilnih goriva. Nivo ulaganja će zavisiti od raspoloživih sredstava što će zahtjevati ulazak finansijskog kapitala iz razvijenih zemalja. Evropska Komisija je ukazala na ove činjenice u njenom dokumentu Energy Green Paper [6] pri čemu je poseban osvrt stavila na 139 ekološke izazove, pouzdano i sigurno snabdevanje energijom kao i na konkurentnost industrije kao centralnog problema kod razvoja prioriteta energetske politike [7]. Redukovanje emisije CO2 u energetskom sektoru postalo je glavni prioritet za nacionalne vlade i parlamente u Evropskoj unuji (EU). Glavne metode koje će se koristiti za redukciju emisije CO2 su: maksimalna redukcija potrošnje energije koju će postaviti menadžment, povećanje efikasnosti konverzije energije i njenog iskorišćenja, prelazak na goriva sa nižim sadržajem ugljenika, npr. korištenje prirodnog gasa umesto uglja, povećanje adsorpcije CO2, npr. šume i zemljište adsorbuju CO2 iz atmosfere njegovim upijanjem, smanjenje paljenja šuma, korišćenjem drugih oblika energije kao što su nuklearna energija, solarna energija, energija vetra ili hidropotencijal koji imaju nultu ili veoma malu emisiju CO2, korišćenjem goriva neutralnih u pogledu ugljendioksida, kao što je biomasa, apsorpcija i skladištenje CO2 koji nastaje sagorevanjem fosilnih goriva. Mjere kojima se može redukovati potrošnja energije i preći na goriva sa malim sadržajem ugljenika su ekonomične u finansijskom pogledu i one će dovesti do korisnih redukcija emisija. Prirodni hvatači ugljen dioksida (adsorberi) kao što su šume može dovesti do kratkotrajnog poboljšanja. Kapacitet adsorpcije je ograničen i ugljenik koji se nalazi u tim prirodnim hvatačima nije uvek bezbedan po okruženje. Rješenje na duži period ukoliko je to moguće je u širokom prelasku sa fosilnih na nefosilna goriva kao energetske izvore ukoliko su ta goriva bezbedna i dostupna. Ovim bi se svakako postigla velika redukcija emisije CO2. Ukoliko bi i došlo do ovog prelaska sa fosilnih na ne-fosilna goriva to ne bi bilo dovoljno da se odgovori trenutnim zahtjevima za redukciju CO2. Emisija ugljen dioksida mora biti hitno drastično smanjena ukoliko se žele izbjeći daljnje nepovoljne klimatske promene. U dužem vremenskom periodu koji dolazi pred nas ugljenikom neutralni energetski izvori će dominirati, ali takve promene će još potrajati. Fosilna goriva će nastaviti da igraju vitalnu ulogu za vrijeme ovog perioda, mada nepovoljni i neželjeni ekološki uticaj mora biti eliminisan. Globalni klimatski izazovi zahtevaju urgentnu stabilizaciju nivoa CO2 u atmosferi. Idući u pravcu zahtjeva za porastom energije, ukazuje se potreba za masovnom redukcijom emisije CO2 iz fosilnih goriva. Hvatanje (adsorpcija) i skladištenje ugljen dioksida je tehnologija kojom će se redukovati problem vezan za gasove koji izazivaju efekat staklene bašte i time će se omogućiti nesmetano korišćenje fosilnih goriva. Glavne tehnologije koje su počele trenutno da se izučavaju za apsorpciju CO2 su: 140 Izdvajanje posle sagorevanja – u ovom procesu CO2 se izdvaja iz dimnih gasova posle sagorevanja na licu mesta. Izdvajanje prije sagorevanja – uključuje reakciju goriva sa kiseonikom ili vazduhom a moguće je također i sa vodenom parom, proizvodeći sintetski gas ili gorivi gas koji se većinom sastoji od ugljen-monoksida i vodonika. Sagorevanje goriva sa kiseonikom – pri sagorijevanju goriva sa kiseonikom, skoro čist kiseonik se koristi za sagorijevanje umesto vazduha a kao rezultat daje dimni gas koji većinom čine CO2 i H2O. Za razliku od poslednje tehnologije, druge dve (izdvajanje poslije sagorijevanja i izdvajanje prije sagorijevanja) uključuju znatnu modifikaciju procesa sagorijevanja i glavnih dijelova postrojenja za hemijsku industriju gde se koristi prirodan gas ili ugalj za sagorijevanje. Ovo znači da je neophodno proširiti postojeća istraživanja u polju produkata koji će se dobijati da bi se uvele tehnologije kojima će se ostvariti efikasan i pouzdan rad postrojenja hemijske industrije [8]. ZAKLJUČAK Kada se ideja o konceptu nulte emisije pojavila 1991 godine bilo je nekoliko mišljenja koja su smatrala da je to nerealna zamisao. Smatralo se da se taj koncept ne može ostvariti zato što ne može biti nađena nijedna materija koju mi možemo potpuno reciklirati i vrijednost količine otpada praktično svesti na nulu. Kod definisanja koncepta nulte emisije treba se držati pravila da to nije zaštićen propis, već da se on upotrebljava u različitim prilikama i za različite ciljeve. Istraživanja koja su učinjena u prvih dvadeset godina ovog istraživanja pokazuju izvodljivost i atraktivnost ovog koncepta. Svakako da će dalji podsticaj istraživanju biti neophodan u cilju produbljivanja znanja i edukacije svih relevantnih učesnika o ovom konceptu. U skladu s tim, kao jedno od ključnih pitanja u polju procesnog sistemskog inženjerstva je istaknuto i pitanje održivosti u kome procesi pored ekonomske i energetske efikasnosti moraju da budu i ekološki održivi. Time se postiže minimiziranje štetnog uticaja na okolinu. U tu svrhu koriste se različite metode koje se baziraju na korištenju heuristike procesa, termodinamičke analize i matematičkog programiranja. Navedene metode se mogu uspješno primjeniti za sintezu novih i analizu postojećih procesa. One na sistemski način omogućavaju identifikaciju mjesta neefikasnog korištenja sirovina, vode, i energije kao i minimiziranje ispuštanja otpadnih tokova iz procesa koristeći principe ponovnog korištenja, regeneracije, recirkulacije i spriječavanja nastanka zagađenja na izvoru. Iz svega navedenog se može zaključiti da sistemske metode imaju veliki značaj u razvoju ekološko održivih procesa i implementaciji koncepta nulte emisije u procesnoj industriji. 141 LITERATURA [1.] Gravitis Janis, Zero techniques and systems – ZETS strength and weakness, Journal of Cleaner Production, Volume 15, Issues 13-14, 2007, pp. 1190-1197. [2.] Gravitis Janis, Zandersons Janis, Vedernikov Nikolai, Kruma Irena, Ozols-Kalnins Valery, Clustering of bio-products technologies for zero emissions and eco-efficiency, Industrial Crops and Products, Volume 20, Issue 2, 2004, pp. 169-180. [3.] Kuehr Ruediger, Towards a sustainable society: United Nations University’s Zero Emissions Approach, Journal of Cleaner Production, Volume 15, Issues 13-14, 2007, pp. 1198-1204. [4.] Gravitis Janis, A Biochemical Approach to Attributing Value to Biodiversity – The Concept of the Zero Emissions Biorefinery, 4th Annual World Congress on Zero Emissions in Windhoek, Namibia, October 16, 1998. [5.] Uyen Nguyen Ngoc and Hans Schnitzer, Zero emissions systems in the food processing industry, 3rd IASME/WSEAS Int. Conf. on Energy & Environment, University of Cambridge, UK, February 23-25, 2008. [6.] European Commission Green Paper (2006) A European Strategy for Sustainable, Competitive and Secure Energy. USING ZERO EMISSION CONCEPT IN CHEMICAL INDUSTRY Abstract: The concept of zero emissions is intended to maximize productivity of resources (the degree of conversion) and increase the environmental efficiency while eliminating waste and pollution that would be the consequence of the obtained products. When the idea of zeroemission concept appeared in 1991, there were several opinions that have considered that it was unrealistic idea. It was felt that this concept can not be achieved because it can not be found no matter that we can fully recycled and waste effectively reduced to zero. All discussions skeptics and critics of the concept of zero-emission reciprocations are up for one - zero emissions is impossible. More projects are being made on zero emissions in industrialized and developing countries illustrate their problems in implementation, but also indicates that this concept is possible in the long term. The general conclusion is that this process is possible but for which there is still a lot of effort and work. Key words: zero emission, waste, recycling, prevent pollution 142 HIDROENERGETSKI POTENCIJAL REPUBLIKE SRPSKE Pantelija Dakić, Vesna Dakić, Željko Ratković Rezime:U radu je dat kratak prikaz hidroenergetskog potencijala Republike Srpske u cilju njegovog prezentovanja stručnoj i naučnoj javnosti kao i zainteresovanim investitorimadoma za izgradnju novih energetskih objekata. Svega jednu trećinu hidroenergetskog potencijala u RS je iskorišćeno, a dvije trećine stoji na raspolaganju potencijalnim investitorima. Ključne riječi: hidro energija, potencijal, rijeke, razvoj, resursi. 1. UVOD Sve veći zahtjevi u pogledu potražnje električne energije u okruženju i svijetu, nameću potrebu za istraživanjem, razvojem i izgradnjom novih energetskih objekata, koristeći prirodne resurse, kako bi se udovoljilo postavljenim zahtjevima. Republika Srpska sa svojom teritorijom od 25053 km2 raspolaže značajnim prirodnim energetskim resursima od čijeg će iskorišćenja u budućnosti zavisisti i opšti društveno ekonomski napredak Republike. Radi sagledavanja tehnički iskoristivog hidroenergetskog potencijala u Republici Srpskoj obrađeno je šest glavnih riječnih tokova sa pritokama: Una sa Sanom, Vrbas, Bosna, Drina, Trebišnjica sa Gornjim horizontima i Neretva, odnosno ukupno 46 objekata. Obrada je izvršena na osnovu studija i projekata, kao i druge raspoložive dokumentacije iz ove oblasti. Zbirni pregled podataka o raspoloživom tehnički iskoristivom potencijalu i ekonomskim pokazateljima njegovog korišćenja dat je u narednim tabelama. Pored hidroenergetskog potencijala prostor Republike Srpske je relativno bogat: ugljem, vjetrom, velikim brojem sunčanih dana u godini i geotermalnim potencijalom kao mogućim energetskim potencijalima. Međutim, do danas osnovu energetskog potencijala u RS uglavnom čine hidroenergetski potencijal i energetski potencijal uglja. Republika Srpska ne raspolaže drugim oblicima primarne energije (nafta, prirodni gas, uran, uljni škriljci), ali postoje do sad još neprocijenjeni potencijali nekonvencijalnih oblika energije kao što su geotermalna i sunčeva energija, energija vjetra i energija biomase. Do sada izvršena ispitivanja ne omogućavaju procjene energetske potencijalnosti za RS kao cjelinu, ali su izvršene ekspertske ocjene za područja Bijeljine i Banja Luke. Ovi podaci ipak ne omogućavaju da se izvrše realne procjene energetskih kapaciteta koji bi se mogli realizovati pod ekonomski prihvatljivim uslovima. O potencijalima drugih nekonvencionalnih oblika 143 primarne energije, čije bi korišćenje moglo da bude od interesa (biomasa, sunčeva i energija vjetra), nema dovoljno podataka. S obzirom na stanje tehnologije i karakteristike ovih primarnih izvora, ne može se u skorijoj budućnosti očekivati njihovo masovnije korišćenje. Zbog ograničenosti obima rada u narednom dijelu teksta biće obrađen samo hidroenergetski potencijal Republike Srpske. HIDROENERGETSKI POTENCIJAL REPUBLIKE SRPSKE Zbog svojih prirodnih karakteristika (razvijen reljef, relativno bogatstvo oborina, dosta razvijena hidrografska mreža), Republika Srpska se svrstava u oblasti sa bogatijim hidroenergetskim potencijalom. Najznačajniji dio hidroenergetskog potencijala nalazi se u slivovima rijeka Drine, Vrbasa i Trebišnjice, a manji u slivovima rijeka Une, Sane, Bosne i Neretve. Sva ova slivna područja istraživana su a sve u cilju korišćenja vodnog potencijala za proizvodnju električne energije. Na osnovu projektne dokumentacije sa kojom se raspolaže u Elektroprivredi Republike Srpske, u Republici Srpskoj, planiran je znatan broj velikih i malih hidroelektrana i prikazan je na sl.1. Tabela 1: Pregled hidroenergatskog potencijala Republike Srpske Slivno područje Drina Vodotok Instalisana snaga MW Prosječna godišnja proizvodnja GWh Sutjeska 37,74 169,96 Bistrica 40,90 158,54 Prača 20,90 124,60 Ostali manji vodotoci 51,13 231,76 Drina -glavni tok 1.675,10 3.619,02 1.825,77 4.303,88 Janj 36,52 142,90 Vrbanja 59,90 203,60 Ostali manji vodotoci 11,03 49,86 Vrbas – glavni tok 287,68 1.182.92 UKUPNO DRINA Vrbas UKUPNO VRBAS 395,13 1.579,28 Gornji horizonti 256 488,20 Trebišnjica - glavni tok* 482,08 1.949,88 Trebišnjica UKUPNO TREBIŠNJICA 738,08 2.438,08 Una 10 55,20 Sana 45,96 214,04 55,96 269,24 Una i Sana UKUPNO UNA I SANA 144 Neretva Neretva UKUPNO NERETVA Bioštica Bosna 30 85 30 85 28,20 112 Ostali manji vodotoci 23,35 108,20 Bosna – glavni tok 55,80 343,80 UKUPNO BOSNA 107,35 564 UKUPNO REPUBLIKA SRPSKA 3.152,29 9.239,48 Slika 1. Raspored hidroenergetskog potencijala u Republici Srpskoj Ukupan hidroenergetski potencijal Republike Srpske iznosi 3.152,29 MW instalisane snage i 9.239,48 GWh/god. prosječne godišnje proizvodnje električne energije, od čega je iskorišćeno 2.985,8 GWh/god. i prikazan je u tabeli 1. Energetski potencijal snage ispod 0,5 MW (mikro i mini hidroelektrane) nije istražen na području Republike Srpske i nije predmet razmatranja ovog rada. Hidroenergetski potencijal rijeke Drine Rijeka Drina pripada Crnomorskom slivu, a nastaje spajanjem rijeka Tare i Pive. Sliv rijeke Drine nalazi se na sjeveru Crne Gore, istočnom djelu Republike Srpske, i zapadnom dijelu R.Srbije. Ukupna dužina sliva je 500 km, sa prosječnom širinom oko 100 km. Nadmorska visina sliva je od 74 do 2.600 m.n.m., a prosječne padavine u slivu kreću se između 700 i 3.000 mm. U gornjem djelu sliva godišnje padavine su 3.000 mm, a prosječno na cijelom slivu padavine su 1100 mm. U toku godine sa sliva Drine potekne 13,4 x 109 m3 vode. Srednji proticaj na ušću r. Drine u r. Savu je 436 m3/s ili 2,7 lit/sek/m2. 145 Što se tiče prirodnih karakteristika vodnih tokova u slivu rijeke Drine, može se reći da su dovoljno izučene i da raspoloživi podaci mogu da posluže za realnu procjenu hidroenergetskog potencijala. I pored toga što na glavnom toku rijeke Drine postoje izgrađene tri velike hidroelektrane, ostao je i značajan dio hidroenergetskog potencijala koji nije iskorišćen. Po osnovnom projektu rijeke Drine iz 1961. i 1970. god., vodoprivrednoj osnovi i projektu uređenja sliva iz 1976. god., na glavnom toku i pritokama izučavan je hidroenergetski potencijal na ukupno 45 mogućih energetskih profila. Na osnovu višegodišnjih istraživanja, na glavnom toku rijeke Drine predviđena je izgradnja 15 hidroelektrana čije se karakteristike prikazuju u tabeli 3. Posebno se ističe specifičnost izučavanja hidroenergetskog potencijala Drine, s obzirom da je površina sliva izuzetno velika i da obuhvata dijelove triju Republika. To zahtijeva zajednički rad na istraživanju i podjeli potencijala, kako na glavnom toku, tako i na pritokama. Pored glavnog toka rijeke Drine, sprovedene su mogućnosti izgradnje hidroelektrana i na glavnim pritokama, i to na 33 odabrana pregradna profila, koje su pokazale da postoji tehnička mogućnost da se na 8 pritoka (Sutjeska, Bistrica, Prača, Drinjača, Janja, Ćehotina, Lim, Rzav) izgradi ukupno 20 hidroelektrana. U tom smislu provedene su potrebne hidrološke i energetske analize i date u tabeli 2. Najkvalitetniji hidroenergetski objekti mogu se izgraditi na gornjem toku rijeke Drine, jer to omogućavaju prirodne karakteristike terena, i mali problemi sa urbanizacijom riječne doline. Pošto su do sada izgrađene samo tri hidrelektrane, i to na srednjem toku rijeke Drine, to je za narednu fazu korišćenja hidroenergetskog potencijala ostao praktično njegov najatraktivniji dio. Radi se o hidroelektrani Buk Bijela, u okviru koje bi se koristio hidroenergetski potencijal glavnog toka rijeke Drine uzvodno od Foče. Još od 1974. god. bili su počeli radovi na izgradnji hidroelektrane Buk Bijela, ali su 1976. god. prekinuti zbog neriješenih odnosa sa Crnom Gorom. U cilju realizacije projekta godine 2002/2003. ponovo je pokrenuta inicijativa tako što su revidovane ekološke studije i projekti, te raspisan tender za koncesije i ponovo je zaustavljen proces 2006. god. Ovo je najistraženiji, najatraktivniji i najprofitabilniji projekat trenutno u Evropi. Na području Republike Srpske, u slivu rijeke Drine, postoji energetski potencijal instalisane snage 1.825,8 MW i prosječne godišnje proizvodnje od oko 4.303,88 GWh. tabela 2, a hidroenergrtsko rješenje u tabeli 3. Tabela 2: Tehnički iskoristiv potencijal na slivnom području rijeke Drine u RS Vodotok Sutjeska Instalisana snaga Prosječna godišnja proizvodnja MW GWh 37,74 169,96 Bistrica 40,9 158,54 Prača 20,9 124,6 Ostali manji vodotoci 51,13 231,76 Drina -glavni tok 1.675,10 3.619,02 UKUPNO 1.825,77 4.303,88 146 Tabela 3: Hidroenergetsko rješenje rijeke Drine na području Republike Srpske Kota BruSrednji norm. Instal. to višegod. R. uspoprotok NAZIV HE Tip post. pad proticaji br. ra m3/s m3/s m mnm Korisna zapr. akum. Instalisana snaga Prosječna godišnja proizvod. mil.m3 MW GWh 1 HE Buk Bijela* akum. prib. 176,1 600,0 98 500,0 328,0 450,0 1.158,3 2 HE Foča* 193,4 450,0 14,0 404,0 4,6 55,5 199,0 3 RHE VB-3 0,7 520 1020 99,4 600 4 HE Paunci akum. prib. akum. rever. akum. prib. 208,3 450,0 10,5 384,0 5,3 42,3 159,6 5 akum. prib. 342,0 800,0 49,0 339,0 101,0 315,0 1.038,0 akum. prib. 363 600 69 290 340 360 1711 363 125 600 880 160 600 1700 358,5 800,0 22,5 224,0 20,0 140,0 538,1 akum. prib. 368,5 800,0 18,0 200,0 105,0 126,0 475,0 akum. prib. 380,5 800,0 17,6 175,0 60,0 122,0 434,0 11 HE Višegrad*** HE Bajina Bašta**** RHE Bajina Bašta**** HE Rogačica ** HE Srednje Tegare** HE Mala Dubravica** HE Zvornik**** akum. prib. 403 600 19,3 157,3 89 98 406 12 HE Kozluk** pribransko 412,0 800,0 14,0 135,0 - 93,4 396,5 13 HE Drina I** pribransko 413,5 800,0 14,0 121,0 - 93,4 396,5 14 HE Drina II** pribransko 427,0 800,0 14,0 107,0 - 93,4 396,5 15 HE Drina III** pribransko 436,0 800,0 14,0 93,0 - 93,4 396,5 UKUPNO 3.282,40 9.405,00 PRIPADA RS 1.675,10 3.619,02 6 7 8 9 10 akum. rever. akum. prib. * Hidroenergetski potencijal dijeli se sa Republikom Crnom Gorom u odnosu 2/3 : 1/3, gdje 2/3 pripada Republici Srpskoj. ** Hidroenergetski potencijal dijeli se sa Republikom Srbijom u odnosu 50:50%. *** HE Višegrad – u pogonu, nalazi se u sastavu Elektroprivrede Republike Srpske, **** HE Bajina Bašta, RHE Bajina Bašta i HE Zvornik - u pogonu, nalaze se u sastavu Elektroprivrede Srbije. Postojeća hidroelektrana na Drini – Višegrad sa tehničkim karakteristikama prikazana je na sl. 2, a potencijalni hidroenergetski objekti za koje u EPRS postoje već urađeni projekti i ekološke studije (Buk Bijela) prikazani su na sl. 3. Resume: In the work is given a short description of hydro energy potential of Republic of Srpska for presentation to expert and science publicity as well to interested investors for construction of new energetic objects. Only one third of hydro energy potential in RS is exploited, and two thirds are available to potential investors. Key words: hydro-energy, potential, rivers, development, resources. 147 AKTIVNOSTI NA REALIZACIJI NACRTA STRATEGIJE RAZVOJA ENERGETIKE REPUBLIKE SRPSKE DO 2030. GODINE IZ OBLASTI OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE Željko Ratković MH Elektroprivreda Republike Srpske – Trebinje, Republika Srpska, BiH Stankovski Stevan Fakultet tehničkih nauka u Novom Sadu, Republika Srbija Pantelija Dakić MH Elektroprivreda Republike Srpske - Banja Luka, Republika Srpska, BiH Spasoje Mučibabić Fakultet organizacionih nauka Beograd, Republika Srbija Sažetak: Realizovati investricije iz oblasti obnovljivih izvora energije prema nacrtu Strategije razvoja energetike do 2030. godine u Republici Srpskoj, znači da prije svega treba realizovati određene aktivnosti u vezi vrednovanja i rangiranja projekata prema kriterijumu ekonomske efektivnosti. Takvim pristupom je moguće obezbijediti podsticajna sredstva u periodu do 2030. godine s tim da se aktivnosti na njihovoj realizaciji usklade sa mogućnostima elektroenergetskog sistema Republike Srpske, koji treba da to sve prihvati i obezbijedi siguran i stabilan rad sistema. Ključne riječi: obnovljivi izvori energije, strategija, podsticaj UVOD Polazeći od stanovišta da je energija nezamjenjiva potreba privrede, kao i svakog građanina, ali i generator razvoja u tehnološkom, naučnom, obrazovnom i ekonomskom smislu s toga se nameće potreba da se organizacija, razvoj, korišćenje i upravljanje ovim izuzetno važnim resursom stavi pod nužnu brigu i kontrolu. Iako proizvodnja energije nije sama sebi svrha, njezina nužnost i korisnost čini je jednim od najvažnijih poluga društvenog razvoja. Njezina misija je osigurati razvoj i poduprijeti rast ekonomije RS, jer ima veliki potencijal izvoza, iako je za društvo korisnije izvoziti proizvode veće složenosti, s obzirom na izvozne potencijale ostalih ekonomija. Korišćenje obnovljivih izvora energije je od opšteg interesa za Republiku Srpsku, jer posjeduje značajne mogućnosti za dobijanje električne energije iz obnovljivih izvora. 148 POTENCIJAL OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE U RS Najznačajniji obnovljivi zvori energije u RS su: veliki broj malih vodotokova, potencijal biomase, potencijal vjetra, sunca i potencijal geotermalne energije. Sve to skupa daje mogućnosti za izgradnju znatnog broja elektro energetskih objekata male snage za proizvodnju električne energije. Male hidroelektrane Ukupni hidroenergetski potencijal Republike Srpske u području snaga 0,5 do 10 MW procjenjuje se na 1500 GWh/god. i uglavnom je neiskorišćen. Energetski potencijal malih hidroelektrana instalisane snage ispod 0,5 MW (mikro i mini hidroelektrane) nije istražen na području Republike Srpske [1]. Treba napomenuti i to da povoljnost kod izgradnje malih hidroelektrana čini to što se on najvećim dijelom nalazi na demografski ugroženom i privredno nerazvijenom brdsko-planinskom ruralnom dijelu Republike Srpske. Sunčeva energija Srednja godišnja ozračenost Sunčevim zračenjem vodoravne površine na prostoru Republike Srpske kreće se od 1,25 MWh/m2 za sjeverne dijelove (područje bosanske Posavine), a 1,55 MWh/m2 za južna područja RS. Za energetsko korišćenje Sunčeve energije važna je ozračenost površine nagnute pod optimalnim uglom i kreće se 1,45 MWh/m2 za sjeverne, i 1,78 MWh/m2 za južne krajeve. U skladu sa promjenom geografske širine, ukupna godišnja količina Sunčevog zračenja opada od sjeverozapada prema jugoistoku [2]. Izvor solarne energije u velikom dijelu države BiH je dovoljan za upotrebu solarne fotonaponske i solarno termalne energije, posebno u južnom dijelu države (Hercegovina) [5]. Biomasa Godišnji teoretski potencijal biomase u Republici Srpskoj po pojedinim sektorima se mogu zbrojiti i to tako da se ima na umu da je potencijal iz šumarstva i višegodišnjih nasada u poljoprivredi lignocelulozni materijal (drvo), pogodan za sagorijevanje dok su potencijali iz stočarstva i komunalnog otpada usmjereni na proizvodnju biogasa, a ratarstvo na biogoriva ili biogas. Ukupni teoretski godišnji energetski potencijal biomase Republike Srpske se kreće od 31,08 do 46,24 PJ sa zadrškom kod potencijala iz ratarstva jer se neobrađene oranice mogu namijeniti u različite svrhe. Ako se isključi ratarstvo, tada se teoretski potencijal smanji na 23,7 – 31,11 PJ. Najveći potencijal se nalazi u sektoru šumarstva i vezane 149 industrije (52-77% potencijala, zavisno o tretmanu ratarstva), slijedi poljoprivreda (2039%) te otpad (3-5%) [1]. Geotermalna energija Provedena istraživanja pokazuju da je veliki dio Republike Srpske perspektivan u pogledu prisustva geotermalnih voda. Područja najvećeg potencijala su dijelovi Posavine, odnosno Semberije i Lijevče polja. Energetski potencijal je procijenjen na 1260 PJ (30 miliona tona ekvivalentne nafte). U Republici Srpskoj se nalaze i geotermalni resursi koji se koriste za balneološke svrhe. Biće potrebni dodatni istražni radovi na svim bušotinama koje pokazuju potencijal za energetsku proizvodnju [1]. Procjenjuje se da se na području Semberije, Posavine, Banjalučke kotline i Lijevče polja, mogu formirati geotermalni izvori toplotne snage 50-100 MWt. Obzirom na relativno visoke investicije u geotermalna postrojenja i raspoloživost drugih energenata (ugalj i hidroenergija), proizvodnja električne energije iz geotermalnih izvora u posmatranom periodu je moguća uz uvođenje sistema podsticaja proizvodnje električne energije [2]. Energija vjetra Za područje Republike Srpske izrađen je modelski atlas vjetra koji je potrebno verifikovati mjerenjima vjetra. Najperspektivnije područje za izgradnju vjetroelektrana je južni dio RS, na prostoru od Kalinovika do Trebinja. Utvrđen je teoretski potencijal energije vjetra za proizvodnju električne energije na trinaest lokacija ukupne snage oko 640 MW i ukupne očekivane proizvodnje 1200 GWh/god. Danas se u RS vjetar ne koristi u energetske svrhe [2]. POTREBA ZA ELEKTRIČNOM ENERGIJOM U RS DO 2030. GODINE Potrošnja električne energije do 2030. godine u Republici Srpskoj Osnovni cilj u djelatnosti proizvodnje električne energije je stvaranje uslova za zadovoljenje domaćih potreba za električnom energijom proizvodnjom na prostoru RS. Ukupna potrošnja električne energije na mreži prenosa porašće sa 3650 GWh u 2010. godini na 5590 do 6460 GWh u 2030. godini. 150 7.0 870 GWh 6.46 6.0 5.73 Moguća proizvodnja postojećih elektrana 5.59 TWh 5.04 5.0 5.14 4.55 4.16 4.0 3.65 3.93 3.62 3.0 2010. 2015. 2020. 2025. 2030. Godina Scenario S1 - VISOKI BDP Scenario S2 - VISOKI BDP s MJERAMA Scenario S3 - NISKI BDP Slika 1. Ukupna potrošnja električne energije na mreži prenosa do 2030. godine za tri scenarija [2] Proizvodnja električne energije do 2030. godine u Republici Srpskoj Najzastupljeniji izvori energije u Republici Srpskoj do 2030. godine su velike hidroelektrane i termoelektrane. Na slici 2 prikazana je struktura proizvodnje i potrošnja električne energije za tri scenarija do 2030. godine u Republici Srpskoj. 12 10 8 TWh OIE TE Gas 6 TE Ugalj HE velike Potrošnja S3 4 Potrošnja S2 Potrošnja S1 2 2010. 2015. 2020. 2025. S3-REF S2-REF S1-REF S3-REF S2-REF S1-REF S3-REF S2-REF S1-REF S3-REF S2-REF S1-REF S3-REF S2-REF S1-REF 0 2030. Slika 2. Struktura proizvodnje i potrošnja električne energije za tri scenarija potrošnje i Varijantu 2 (produženje životnog vijeka postojećih termoelektrana) [1] 151 Proizvodnja električne energije iz obnovljih izvora i investiciona ulaganja u obnovljive izvore energije Očekuje se da će se najznačajnije iskoristiti potencijal malih vodotokova i potencijal vjetra za proizvodnju električne energije. Na slici 3. prikazana je proizvodnja električne energije iz planiranih obnovljivih izvora energije u Republici Srpskoj za sva tri scenarija. Postoje određena ograničenja u prihvatu vjetroelektrana koja proizlaze iz ograničene prenosne moći elektroenergetske mreže na koju se priključuju, te iz ograničenih mogućnosti pružanja pomoćnih usluga sistema, prvenstveno snaga – frekvencija (P/f) i jalova snaga-napon (Q/U) regulacije koju pružaju postojeći konvencionalni izvori [4]. Slika 3. Proizvodnja električne energije iz planiranih obnovljivih izvora energije u RS Investicioni prijedlozi za korišćenje obnovljivih izvora energije u razvojno – ulagačkom ciklusu do 2030. godine razmatrani su prema tri scenarija, a odnose se na projekte izgradnje malih hidroelektrana, vjetroelektrana i postrojenja na biomasu. Procjenjuje se da bi, prema scenariju S2 – visoki BDP sa mjerama, za ostvarenje Strategije vrijednost ukupnih investicija u korišćenje obnovljivih izvora energije u RS u razvojno – ulagačkom ciklusu od 2010. do 2030. godine mogla iznositi 1.705 miliona KM (872 miliona €) u današnjim cijenama, čiji je udio u sveukupnim potrebnim investicijama oko 15,3%. U strukturi ukupnih ulaganja u korišćenje obnovljivih izvora energije finansijski su najzahtjevnije investicije u projekte korišćenja energije vjetra sa iznosom od 1.112 miliona KM (569 miliona €). Procjenjuje se da bi vrijednost ulaganja u male hidroelektrane mogla iznositi 563 miliona KM (288 miliona €) čiji je udio u ukupnim potrebnim investicijama u korišćenju obnovljivih izvora energije oko 33%. Udio investicija u projekte korišćenja energije biomase iznosi oko 2% odnosno 30 miliona KM (15 miliona €) [1]. 152 ukupno 1.705 mln KM 563 mln KM 33% 30 mln KM 2% 1.112 mln KM 65% Energija vode Energija vjetra Energija biomase Slika 4. Struktura investicija u obnovljive izvore energije u RS od 2010. do 2030. godine DEFINISANJE PROBLEMA ISKORIŠTENJA OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE U RS Tehnologije za iskorišćavanje obnovljivih izvora energije su u pravilu skuplje u odnosu na tehnologije iskorišćavanja fosilnih goriva ili postrojenja velikih razmjera (npr. velike hidroelektrane). Da bi se obezbijedilo iskorištenje obnovljivih izvora energije u Republici Srpskoj do 2030. godine potrebno je obezbijediti određena podsticajna sredstva. U periodu do 2030. godine potrebno je postepeno podsticati obnovljive izvore energije i to prvo one projekte obnovljivih izvora energije koji su prema kriterijima ekonomske efektivnosti bolje rangirani. Takođe je potrebno voditi računa da učešće obnovljivih izvora energije u proizvodnji električne energije ne utiče značajnije na rad elektroenergetskog sistema Republike Srpske. S povećanjem potražnje za električnom energijom, rastom cijena i izgradnjom velikih kapaciteta za proizvodju električne energije stvaraju se uslovi za dalje iskorištenje obnovljivih izvora energije, po kriterijima ekonomske efektivnosti i stabilnosti elektroenergetskog sistema Republike Srpske. Potrebno je u periodu do 2030. godine postepeno podsticati proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora. Iskustvo zemalja u regionu pokazuje da subvencionisanje obnovljivih izvora ne donosi efekte kakvi su se očekivali, u smislu oživljavanja privrede i otvaranja novih radnih mjesta. Investitori, koji su uglavnom inostrani, gotovo svu opremu, materijal pa i radnu snagu, koliko je god moguće, dobavljaju iz svojih zemalja. Tako zemlja u kojoj se događaju takve investicije nema puno koristi od njih. Glavnu korist uzimaju inostrani investitori, odnosno privreda njihovih zemalja. Zato će kod davanja koncesija ili odobrenja za izgradnju pojedinih obnovljivih izvora energije, Vlada RS ili lokalna zajednica uslovljavati minimalni udio domaće opreme, materijala i radne snage koje inostrani investitori moraju uzeti sa teritorija RS. 153 NAČIN RJERŠAVANJA PROBLEMA ISKORIŠTENJA OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE U RS Cilj iskorištenja obnovljivih izvora energije Prvi korak u implementaciji strategije korištenja obnovljivih izvora, je definisanje kvantitativnog cilja politike korištenja obnovljivih izvora energije, odnosno donošenje strateške odluke o minimalnom udjelu električne energije iz obnovljivih izvora. Visina kvantitativnog cilja (u MW ili GWh) uveliko će zavisiti od opštih ciljeva koji se žele postići uvođenjem određenih podsticajnih mjera, i uređenjem sistema otkupa za "zelenu" energiju. Argumenti za povećanje udjela obnovljivih izvora energije su: ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ smanjenje emisije gasova koji izazivaju efekat staklene bašte i troškova proizašlih iz lokalnih i globalnih djelovanja zagađenja, smanjenje zagađenja koje utiče na zdravlje ljudi iz konvencionalnih postrojenja za proizvodnju električne energije i pripadnih troškova liječenja, povećanje prihoda lokalnih zajednica kroz lokalno zapošljavanje i izgradnju infrastrukture, povećanje sigurnosti snabdijevanja kroz diversifikaciju izvora i proizvodnih lokacija, poštovanje medunarodnih obaveza i sporazuma. Takođe, postoje i argumenti na ograničenje udjela obnovljivih izvora energije: ‐ ‐ ‐ dodatni troškovi proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora - veliki izdaci za podsticanje - visoka cijena; nezrelost (nekih) tehnologija; problemi vođenja sistema, s obzirom na veliki udio decentralizovanih, često neupravljivih proizvođača [3]. Jedan od osnovnih preduslova za uspješnu implementaciju korištenja obnovljivih izvora energije, pored uklanjanja administrativnih prepreka i efikasne institucionalne organizovanosti sistema, je uređenje sistema otkupa u pogledu cijene (tarifa za obnovljivu energiju) i trajanja otkupa električne energije. Minimalni ekonomski opravdani udio obnovljivih izvora u snabdijevanju kupaca električne energije U nastavku ovog poglavlja razmotren je metodološki pristup za određivanje minimalnog ekonomski opravdanog udjela obnovljivih izvora u snabdijevanju kupaca električne energije, tj. kako se može izračunati tarifa za otkup električne energije od proizvodača. 154 Određivanje ekonomski opravdanog udjela obnovljivih izvora energije u strukturi potrošnje, kao i tarife za otkup, zahtijeva primjenu planiranih metoda u energetici, koje se zasnivaju na većem broju ulaznih podataka, odnosno polaznih pretpostavki. Često korišten pristup je analiza troškova i dobiti, zasnovana na različitim izbjegnutim troškovima proizvodnje energije iz konvencionalnih elektrana, odnosno upoređenje stvarnih proizvodnih troškova iz elektrana na obnovljive izvore, sa onima iz elektrana na konvencionalne izvore energije. Ovaj pristup omogućava realnu valorizaciju energije, kao i procjenu nekomercijalne komponente troškova proizvodnje energije iz obnovljivih izvora energije [3]. Metodologija koja se pri tome koristi sastoji se iz četiri koraka: ‐ ‐ ‐ ‐ određivanje tzv. proizvodne krive za obnovljive izvore energije, određivanje dodatnih troškova zbog neraspoloživosti pojedinih elektrana, određivanje izbjegnutih eksternih troškova zbog zamjene konvencionalnih izvora s obnovljivim izvorima energije, određivanje ekonomski opravdanog udjela obnovljivih izvora energije uporedenjem sa konvencionalnim elektranama, analiza troškova i dobiti i određivanje visine tarifa [3]. Korak 1. Određivanje proizvodne krive za obnovljive izvore energije Proizvodna kriva obnovljivih izvora energije daje odnos proizvodne cijene energije zavisno od instaliranog kapaciteta elektrana koje koriste obnovljive izvore energije. Kriva se izračunava tako da su, za svaki potencijalni projekat, kapitalne investicije, troškovi održavanja i pogona svedeni na zajedničke troškove po proizvedenom kWh električne energije, uz pretpostavljenu kamatnu stopu za kredit kojim se kredituje izgradnja. Potencijalni projekti su, nakon toga, poredani po veličini od najjeftinijeg do najskupljeg, pri čemu svaki od njih predstavlja jednu tačku u grafikonu, pa se spajanjem tačaka dobija proizvodna kriva obnovljivih izvora energije. Svaka tačka u grafikonu rezultat je ekonomske analize sprovedene za potencijalni projekat obnovljivog izvora energije [3]. Ukupna proizvodnja iz OIE, GWh Slika 5. Dobijanje krive proizvodnje iz obnovljivih izvora na osnovu baze projekata 155 Na slici 2 prikazan je i nivo troškova proizvodnje iz fosilne elektrane, koju će zamijeniti proizvodnja iz obnovljivih izvora energije. Nivo troškova proizvodnje iz fosilnih goriva može se pretpostaviti konstantom. Presjek krive proizvodnje iz obnovljivih izvora energije i nivoa proizvodnih troškova fosilne elektrane (C), određuje ekonomski opravdani udio obnovljivih izvora energije Q (i nivo ekonomski opravdane tarife za obnovljive izvore energije) bez razmatranja ostalih faktora, poput troškova zaštite okoline, troškova nemogućnosti isporuke električne energije na zahtjev (troškovi balansirajuće energije) i sl. Korak 2. Korekcija proizvodne krive za obnovljive izvore energije zbog neraspoloživosti Kriva dobijena u prethodnom koraku dodatno se modifikuje, jer pojedini obnovljivi izvori energije OIE (vjetar, sunce, male hidro) nijesu uvijek raspoloživi. Direktna posljedica toga je da, na primjer, elektrana na vjetar od 1 MW ne može direktno nadomjestiti jednaku snagu iz, recimo, termoelektrane na ugalj, što, u konačnom, povećava troškove proizvodnje. Slično je i za protočne hidroelektrane. Drugim riječima, u uslovima otvorenog tržišta i stvarne konkurencije, cijena koju bi dobili obnovljivi izvori zavisi od pouzdanosti njihove isporuke. Donja granica stvarne ekonomske vrijednosti obnovljive energije (ne računajuci troškove zaštite okoline) je varijabilni trošak proizvodnje elektrane koju izmješta, odnosno najčešće cijena ušteđenog goriva. Korekcija krive proizvodnje povećava troškove, što rezultira u smanjenju procijenjene visine ekonomski opravdanog udjela obnovljivih izvora s Q na Qe. Iako je proracun stvarnih vrijednosti snage koju zbirno zamjenjuju neupravljivi obnovljivi izvori složen, i zahtjeva dobro poznavanje karakteristika proizvodnje i potrošnje energije u vremenu, na osnovu međunarodnog iskustva korekcijski faktori za krivulju proizvodnje mogu se računati na osnovu premjera čeonih sati (na vrhu) pogona neupravljivih i upravljivih elektrana. Ukupna proizvodnja iz OIE, GWh Slika 6. Korigovana kriva proizvodnje 156 Korak 3. Određivanje izbjegnutih eksternih troškova zbog zamjene konvencionalnih izvora s obnovljivim izvorima energije Prije samog određivanja ekonomski opravdanog udjela obnovljivih izvora u proizvodnji električne energije, potrebno je odrediti izbjegnute eksterne troškove, radi zamjene konvencionalnih izvora s obnovljivim izvorima energije. Pri tom je moguće razlikovati dvije grupe troškova: ‐ ‐ lokalni eksterni troškovi povezani su sa štetnim uticajem emisija lokalnog karaktera, kao što su zagađivanje zemljišta, zagađenje vazduha u urbanim sredinama i slično, globalni eksterni troškovi povezani su s uticajem koji emisija ugljen -dioksida ima na globalnu promjenu klime. Za potrebe izračunavanja globalnih eksternih troškova koristi se procijenjena vrijednost od 15 US$ po ispuštenoj toni ugljen-dioksida [3]. Lokalni i globalni eksterni troškovi dodaju se na nivo troškova proizvodnje iz fosilnih elektrana, jer se troškovi šteta na okolinu, takođe, izbjegavaju kada se određena količina električne energije proizvede iz obnovljivih izvora energije, umjesto u elektranama na fosilno gorivo. Visina eksternih troškova je ključna za ekonomsko opravdanje programa korištenja obnovljivih izvora energije. To se odnosi na proračun otkupnih tarifa na osnovu stvarne vrijednosti proizvedene energije, a i na proračun udjela obnovljivih izvora energije do kojeg je ekonomski gledano, opravdano podsticati proizvodnju iz obnovljivih izvora energije. Pretpostavka je da obnovljivi izvori energije ne stvaraju lokalne štete u okolini, u suprotnom, visina izbjegnutih lokalnih eksternih troškova umanjuje se za procijenjene štete iz obnovljivih izvora energije. Korak 4. Određivanje ekonomski opravdanog udjela obnovljivih izvora energije upoređenjem sa konvencionalnim elektranama Nakon određivanja eksternih troškova pristupa se posljednjem koraku, odnosno određivanju ekonomski opravdanog udjela obnovljivih izvora energije, a zatim proračun ukupnih troškova i dobiti od sprovođenja programa obnovljivih izvora energije. Ekonomski opravdani udio malih hidroelektrana raste od Qe do Qe-L, ako se u cijenu uključe izbjegnuti lokalni eksterni troškovi (tj. otkupna cijena poraste s Ce na Ce-L), odnosno od Qe-L do Qe-G ako se u cijenu uključe još i izbjegnuti globalni eksterni troškovi (cijena Ce-G). 157 Ukupna proizvodnja iz OIE, GWh Slika 7. Odredivanje ekonomski opravdanog udjela obnovljivih izvora energije Baza projekata obnovljivih izvora energije Osnovni preduslov za sprovođenje opisane metodologije iz poglavlja 5.2 je raspolaganje kvalitetnom bazom identifikovanih, realno ostvarivih projekata obnovljivih izvora energije s poznatim/procijenjenim podacima za svaki projekat, poput: ‐ ‐ ‐ ukupnih investicionih troškova, troškova pogona i održavanja, uključujući sve obaveze, očekivane proizvodnje električne energije na godišnjem nivou , i sl. Takođe je važno raspolagati ulaznim podacima za fosilne elektrane, s kojima se upoređuje proizvodnja iz obnovljivih izvora energije, poput: ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ogrjevna vrijednost goriva, troškovi goriva, efikasnost postrojenja, životni vijek, kapitalni troškovi, faktor opterećenja (proizvodnja), fiksni i varijabilni troškovi, i sl. I konačno, za proračun izbjegnutih troškova šteta u okolini kojima se mogu opravdati eventualni povećani izdaci za sprovođenje programa obnovljivih izvora energije (podsticaji), odnosno za potpunu valorizaciju električne energije iz obnovljivih izvora energije, neophodno je raspolagati i proračunatim ili procijenjenim eksternalnim troškovima u specificnim uslovima u Republici Srpskoj. 158 POTREBNE NAREDNE AKTIVNOSTI U narednom periodu institucije koje su zadužene za iskorištenje obnovljivih izvora energije, Ministarstva u Vladi RS, Komisija za koncesije RS, Regulatorna agencija za električnu energiju RS i MH Elektroprivreda RS, treba da izrade odgovarajuću bazu podataka za planirane obnovljive izvore energije u Republici Srpskoj. Takođe je potrebno obezbijediti odgovarajuće informatičke programe koji bi trebali da analiziraju tehničku izvodljivost, vrednovanje i rangiraje projekata obnovljivih izvora energije. Nakon rangiranja potrebno je izraditi odgovarajuće planove izgradnje obnovljivih izvora energije i pratiti izgradnju obnovljivih izvora energije i uklapanje u elektroenergetski sistem Republike Srpske. Takođe je potrebno obezbijediti mehanizme u vezi sa što većim učešćem opreme koja se proizvedene na području Republike Srpske i učešće radne snage sa ovog područja. ZAKLJUČAK Na bazi gore rečenog može se izvući logičan zaključak: 1. 2. 3. 4. 5. Da na području Republike Srpske, postoji značajan potencijal obnovljivih izvora energije. Da su u proteklom periodu u RS donesene određene odluke u vezi sa iskorišćenjem obnovljivih izvora energije, međutim, nije došlo do značajnijeg investiranja, Da bi se realizovao nacrt Strategije razvoja energetike Republike Srpske iz oblasti obnovljivih izvora energije potrebno je obezbijediti podsticajna sredstva prema kriterijima ekonomske efektivnosti, Da bi do 2030. godine trebalo podsticati one projekte koji na rang listi zauzimaju bolje pozicije. Ne može se očekivati da se podstiču svi planirani objekti za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora u kratkom vremenskom intervalu. Predložena metoda, u ovom radu, može biti dobra osnova za realizaciju iskorišćenja obnovljivih izvora energije u Republici Srpskoj. LITERATURA [1.] Energetski institut Hrvoje Požar – Zagreb i Ekonomski institut - Banja Luka – Plan razvoja energetike Republike Srpske do 2030. godine”- 2010. godina, [2.] Nacrt „Strategije razvoja energetike Republike Srpske do 2030. godine”- 2010. godina, [3.] Energetski institut Hrvoje Požar – Zagreb – Priprema strategije razvoja malih hidroelektrana u Crnoj Gori, 2006. godina, [4.] D.Bajs, G.Majstorović – Mogućnost prihvata proizvodnje vjetroelektrana u EES Republike Hrvatske – ENERGIJA, 2008. god. [5.] .Trama TecnoAmbiental - Analysis of possibilities and strategic guidelines to be planned for development of solar energy in BiH, 2008. 159 EKONOMSKA ANALIZA MODELA MITIGACIJE KLIMATSKIH PROMJENA U ELEKTROENERGETSKOM SEKTORU BIH I OCJENA NJEGOVE IZVODLJIVOSTI Lazo Roljić, Murat Prašo, Đuro Mikić "Budućnost je vrijeme kajanja za ono što danas nisi učinio a što si mogao učiniti." [Lav Tolstoj] Sažetak: U BiH električna energija se sada proizvodi najvećim dijelom u hidroelektranama ili izgaranjem uglja u termoelektranama. Mjere koje se mogu primijeniti za smanjenje štetnih uticaja elektroenergetskih postrojenja na životnu sredinu mogu se sistematizovati u nekoliko grupa: ‐ primjena najnovijih naučnih i tehnoloških dostignuća u proizvodnji električne energije (na postojeće i nove proizvodne jedinice), ‐ korištenje obnovljivih izvora energije (vjetar, biomasa, hidro energija, energija Sunca i geotermalna energija). Ekonomski najprihvatljivije je suspaljivanje biomase u već postojećim termoelektranama na ugalj jer sagorijevanjem uglja uz učešće samo 10% biomase je moguće smanjiti emisiju CO2 za oko 5%. ‐ racionalna upotreba energije i povećanje energetske efikasnosti, kao i ‐ programi za edukaciju i propagiranje važnosti redukcije emisija CO2. U ovom radu članovi ekspertskog tima BiH angažovani na UNDP projektu “Prvi godišnji izvještaj o stanju mjera adaptacije i mitigacije klimatskih promjena u BiH”12 prikazuju postupak i daju rezultate dinamičke analize efikasnosti projekta mitigacije u elektroenergetskom sektoru i ocjenu izvodljivosti projekta (modela) mitigacije (ublažavanja) u tom sektoru u BiH djelimičnom zamjenom tradicionalnih izvora energije sa obnovljivim izvorima energije. U uvodnom dijelu rada navedene su karakteristike klimatskih promjena, mjere za njihovo ublažavanje, naročito zamjena tradicionalnih izvora energije obnovljivim izvorima. Rad se zatim bavi principima održivog razvoja, koji osim ekonomskog razvo12 Prvi nacionalni izvještaj Bosne i Hercegovine u skladu sa Okvirnom konvencijom Ujedinjenih Nacija o klimatskim promjenama, UNDP BiH, Sarajevo-Banja Luka, 2009. 160 ja pretpostavlja i očuvanje prirodnih resursa i kvaliteta životne sredine. To pretpostavlja da nije opravdano koristiti pojedine resurse ako ukupni troškovi projekta mitigacije prelaze ukupne koristi njihove upotrebe. Upravo na tom principu počiva ideja metode Cost-Benefit, koja je korištena za provedenu ekonomsku analizu prikazana na kraju rada. Ključne riječi: Obnovljivi izvori energije, Ekonomska analiza, Cost-benefit metoda, Mitigacija-ublažavanje klimatskih promjena, Proizvodnja električne energije UVOD Svjedoci smo da se globalna klima mijenja i većina tih promjena se može pripisati uticaju ljudskih aktivnosti, a manifestuju se u istovremenom povećanju emisije ugljen – dioksida i drugih gasova i stvaranjem efekta „staklene bašte“, kao i u uticaja na smanjenje kapaciteta prirodne sredine da apsorbuju stvoreni ugljen – dioksid. Privredne aktivnosti značajno doprinose globalnoj proizvodnji ugljen–dioksida, kroz saobraćaj, grijanje, hlađenje i ostale oblike trošenja energije. Klimatske promjene su jedna od najozbiljnijih prijetnji našem društvu, ekonomiji i životnoj sredini, i predmet su međunarodne debate već decenijama. Međuvladin panel o klimatskim promjenama13 izvjestio je da je zagrijavanje globalnog klimatskog sistema „nedvosmisleno“ i da je vrlo moguće da su antropogeni uticaji prouzrokovali tzv. „efekat staklene bašte“ što je pak dovelo do oštećenja ozonskog omotača i globalnog otopljavanja sredinom XX vijeka. Samo između 1970. i 2004. godine emisija gasova staklene bašte je povećana za 70 odsto, a ugljen – dioksid (CO2), što je daleko najveći izvor, sa 77 posto ukupne emisije porastao je na oko 80 procenata. Neki od vodećih stručnjaka za klimatologiju tvrde da će globalno zagrijavanje tokom dvadesetprvog vijeka biti mnogo gore nego što se prethodno vjerovalo. Prema mišljenju profesora Krisa Filda, autora izvještaja o klimatskim promjenama iz 2007. godine, temperature će u budućnosti biti „iznad svih očekivanja“. Fild je ukazao da najnoviji podaci govore da se emisija gasova između 2000. i 2007. godine uvećala znatno brže od očekivanog.14 Projekcije su ukazale da ako emisije nastave da rastu postojećim tempom i dva puta brže od predindustrijskog nivoa, svijet će se vjerovatno suočiti sa porastom tempeature od 2°C do 4,5°C do 2100. godine, a najvjerovatnije sa povećanjem od 3°C. 13 Međuvladin panel o klimatskim promjenama (engl.: Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) nastao je 1988. na poticaj Ujedinjenih naroda, Svjetske meteorološke organizacije i Programa za okolinu UN-a (UNEP) da bi procijenio rizik od klimatskih promjena uzrokovanih ljudskom aktivnošću. IPCC ne vrši istraživanja, niti prati klimatske i druge fenomene. Jedna od glavnih aktivnosti IPCC je izdavanje posebnih izvještaja vezanih uz primjenu Okvirne konvencije UN o promjeni klime (UNFCCC). 14 rs.resalliance.org (decembar, 2010) 161 Nakon anketiranja stručnjaka UNDP iz oblasti zaštite životne sredine, provedenog 2000. godine15, zaključeno je da je jedan od najakutnijih problema današnjice promjena klime (Slika 1). Slika 1. Najvažniji ekološki problemi Buduće promjene u temperaturi i druge važne klimatske odlike će se različito manifestovati širom regiona u svijetu. Prema projekcijama IPCC–a, vrlo je vjerovatno da će ekstremne vremenske promjene, kao što su toplotni talasi, obilne padavine, hladno ili suvo vrijeme gdje to nije uobičajeno, postajati sve češći. Zbog toga klimatske promjene su postale istovremeno ekološki, ekonomski i društveni problem, drugim riječima postale su problem održivog razvoja. Ta činjenica naglašava potrebu za podizanjem svijesti i povećanjem nivoa pripremljenosti na lokalnom nivou kroz sistemsku izgradnju kapaciteta i strategija za upravljanje procjenom rizika, ali i šire, saradnju na međunarodnom planu. Međunarodna saradnja do sada odvijala se kroz potpisivanje Konvencije o klimatskim promjenama, Protokola iz Kjota i Podrške Evropske Unije, usmjerenih na preduzimanju mjera na rješavanje nadolazećih problema koje klimatske promjene donose. Ističe se da su troškovi preduzimanja mjera za smanjenje emisije štetnih gasova (GHG16 emisija) sada znatno manji od troškova koje bi izazvali ekonomski i socijalni poremećaji ukoliko se iste ne bi preduzele u cilju ublažavanja klimatskih promjena. 15 Ispitano je 200 stručnjaka UNDP, koji su odgovarali na pitanje: „Koji su po vašoj procjeni najvažniji ekološki problemi 21. vijeka?“, a bilo im je omogućeno da daju više odgovora. 16 GHG - Greenhouse Gases: „Gasovi zelene bašte“ su gasovi u atmosferi koji apsorbuju i emituju radijaciju unutar infracrvenog temperaturnog spektra (CO2-ugljendioksid, CH4-metan- hydrocarbon, N2O-Nitro oksid, HFCs- Hidroflorkarboni, PFCs- Perflorkarboni i SF6 - sumpor heksaflorid). 162 Naš način života, privreda, zdravlje i društveno blagostanje su pogođeni klimatskim promjenama. Iako će posljedice klimatskih promjena varirati od regiona do regiona, sve nacije i privredni sektori će biti primorani da se kroz adaptaciju i ublažavanja suoče sa izazovom koje nose klimatske promjene. U tom pogledu, ni Bosna i Hercegovina nije izuzetak, i stoga će u nadolazećim decenijama klimatske promjene postati ključno pitanje koje će uticati na razvoj privrede. Prilagođavanje novonastalim promjenama i smanjivanje doprinosa privreda pojedinih zemalja klimatskim promjenama predstavljaju glavnu brigu za cijeli svijet, pa su stoga mnoge zemlje počele da indentifikuju svoje mogućnosti u smanjenju emisije gasova. Kjoto protokol17 (KP) predstavlja veoma važan korak prema ograničenju emisije gasova staklene bašte - GHG, pošto je njime po prvi put specificirano zakonski obavezujuće angažovanje. U skladu sa KP razvijene zemlje imaju posebne obaveze: za vrijeme prvog perioda angažovanja (tj. 2008. – 2012.), one treba da smanje njihove ukupne emisije gasova sa efektom staklene bašte najmanje 5% u odnosu na nivoe iz 1990. godine. Dogovoreni ciljevi su izdiferencirani između razvijenih zemalja (npr. SAD su se obavezale na smanjenje emisije gasova staklene bašte za 7%, Evropska Unija-EU u cjelini za 8%, Japan i Kanada za 6%, dok je isti princip i za države članice EU u skladu sa interno usvojenim sporazumom o podjeli obaveza. Nedavno, međutim, SAD su opozvale svoje obaveze u okviru Kjoto protokola, uznemirujući svjetsko društvo u cjelini. Bosna i Hercegovina je pristupila Kyoto Protokolu prema modelu za zemlje u razvoju – prema kojem u prvom periodu (2008-2012) nema obaveze za kvantifikovanim smanjenjem emisije. MJERE ZA UBLAŽAVANJE KLIMATSKIH PROMJENA Sa problemom klimatskih promjena možemo se nositi na razne načine, od kojih navodimo slijedeća tri grupe mjera, a koje se mogu primijeniti i za smanjenje štetnih uticaja elektroenergetskih postrojenja na životnu sredinu: 1. Ublažavanjem (mitigacijom) posljedica, uglavnom smanjenjem emisije štetnih gasova GHG, posebno korišćenjem obnovljivih izvora energije umjesto tradicionalnih. Postoji čitav niz mehanizama koji se mogu iskoristiti za rješavanje problema emisije GHG, uključujući: • Snižavanjem emisije stakleničkih gasova u energetici, industriji i saobraćaju, stanovanju, uslugama (trgovina, turizam, saobraćaj, itd), industriji i transportu, - korištenje obnovljivih izvora energije (vjetar, biomasa, hidroenergija, energija Sunca i geotermalna energija). Ekonomski najprihvatljivije je suspaljivanje biomase u već postojećim termoelektranama na ugalj jer sagorijevanjem uglja uz učešće samo 10% biomase moguće je smanjiti emisiju CO2 za oko 5%. 17 Kyoto Protocol - Međunarodni ugovor vezan za Okvirnu konvenciju Ujedinjenih Nacija o klimatskim promjenama. Protokol je pripremljen u Kyoto-u, Japan, 11.12.1997. godine, a njegova primjena započela je 16.2.2005. godine. 163 • • Mjerama u oblasti proizvodnje i korištenja energije: - primjena najnovijih naučnih i tehnoloških dostignuća u proizvodnji električne energije, - smanjenje potrošnje energije, - racionalna upotreba energije i povećanje energetske efikasnosti, - povećanje korišćenja obnovljivih izvora energije - programi za edukaciju i propagiranje važnosti redukcije emisija CO2 Konfiskacijom ugljendioksida (CO2) Ugljendioksid takođe može biti deponovan u biomasi (npr. kroz pošumljavanje i izbjegavanjem krčenja šuma), transportovan (hvatanje i skladištenje CO2) u podzemno ležište, koje može biti iscrpljeno ležište nafte ili plina ili duboki slojevi ugljena, kao i vodonosnici (stijene ispunjene slanom vodom). U okviru industrije ovo se trenutno praktikuje kroz nadoknadu ili neutralizovanje ugljenika, što podrazumijeva da će količina GHG emisija prouzrokovana određenim aktivnostima biti neutralizovana kroz neku drugu aktivnost, npr. sađenjem drveća. 2. Sanacijom: • Sanacija posljedica (suše, požara, poplava, grada, oluja, ...) 3. Adaptacijom (prilagođavanjem): • Promjenom privrednih djelatnosti • Promjenom mjesta boravišta. U ovom radu bavimo se problemom ublažavanja klimatskih promjena u elektroenergetskom sektoru BiH projekta djelimične zamjene neobnovljivih izvora u proizvodnji električne energije obnovljivim. Obnovljivi izvori energije U obnovljive izvore energije spadaju energija sunca i vjetra, hidroenergija, geotermalna energija, energija biomase, energija talasa plime i osjeke i energija dobivena iz otpada. Za privredu BiH, u kojoj je sektor električne energije jedan od okosnica razvoja, relevantni su svi navedeni izvori obnovljive energije. Obnovljivi izvori energije predstavljaju energetske resurse koji se koriste za proizvodnju električne ili toplotne energije, a čije rezerve se konstantno ili ciklično obnavljaju. Jedna od karakteristika obnovljivih izvora energije je da su to „čisti“ izvori energije jer doprinose smanjenju zagađenja vazduha, vode i zemljišta. Razvoj i upotreba obnovljivih izvora energije važan je zbog nekoliko razloga: o imaju vrlo važnu ulogu u smanjenju emisije ugljendioksida u atmosferu, 164 o o povećanje udjela obnovljivih izvora energije povećava energetsku održivost, pomaže poboljšanju sigurnosti dostave energije na način da se smanjuje zavisnost od uvoza energetskih sirovina i električne energije, Udio obnovljivih izvora energije u budućnosti treba znatno povećati jer neobnovljivih izvora energije ima sve manje a i njihov štetan uticaj je sve izraženiji u posljednjih nekoliko decenija. Izvori energije u BiH U BiH električna energija se proizvodi u hidro i termoelektranama. Prema tome, osnovni domaći izvori energije su ugalj i hidro-energija. Bosna i Hercegovina uvozi prirodni gas i naftu. Struktura primarne energije je slijedeća: ugalj 56%, hidroenergija 10%, tečna goriva 28% i prirodni gas 6%. Kad je u pitanju proizvodnja električne energije, koeficijent instalisanih kapaciteta termoelektrana u odnosu na hidroelektrane pojedinačno iznosi 49:51, dok je koeficijent proizvodnje električne energije ova dva izvora pojedinačno 75:25. Osnovna karakteristika sektora energije BiH je slaba efikasnost korištenja energije tokom životnog ciklusa (od ekstrakcije uglja ili uvoza goriva do pretvaranja energije u novac ili ugodne uslove življenja). Trenutno proizvodni kapaciteti nadmašuju domaće potrebe, a sav višak električne energije se izvozi u Hrvatsku, Sloveniju, Srbiju i Crnu Goru. Veliki višak električne energije nije nastao zato što je povećana njena proizvodnja nego zato što je domaća privreda “slab”, odnosno mali, potrošač. Razlozi su nam dobro poznati i nećemo ih ovdje elaborirati. U pogledu prirodnih resursa, BiH ima značajne rezerve mrkog uglja i lignita koji se koriste kao gorivo u termoelektranama kao i ogroman neiskorišten hidro potencijal. Korištenje hidro potencijala je ispod 40% iskoristivog potencijala, što je prilično malo u poređenju sa drugim evropskim zemljama. Za male hidroelektrane iskoristivost potancijala je čak manja. S druge strane, ima dosta prostora a i evidentna je potrebe da se neobnovljivi energent-ugalj, koji se koristi za proizvodnju elektroenergije u termoelektranama, djelimično i postepeno zamjenjuje sa nekim obnovljivim izvorom energije. Principi održivog razvoja Održivi razvoj je razvoj koji zadovoljava potrebe sadašnjice, a istodobno ne ugrožava mogućnost budućih genaracija da zadovolje svoje potrebe. Iako je ova definicija opšteprihvaćena, ona ipak ne iskazuje mnogo. Zbog toga je poznati naučnik i istraživač Fritjof Capra predložio sljedeću operacionalizaciju: "Ključ za funkcionionalnu definiciju ekološkog razvoja je shvatanje da ne moramo ponovo izmisliti ljudsku zajednicu, nego da je moramo organizovati 165 ugledajući se na prirodne ekosisteme, a to su održive zajednice biljaka, životinja i mikroorganizama“18. Prema Robert, W. Kates i ostali19, Održivi razvoj je takav razvoj koji propituje: • da li neki zahvat uzrokuje smanjenje upotrebe metala, goriva i minerala? • da li neka čovjekova aktivnost povećava zavisnost od neprirodnih materija? • da li neka aktivnost ugrožava proizvodnost prirode (njenih resursa)? • da li neka aktivnost troši nepotrebno velike količine prirodnih resursa? Prirodnim resursom nazivamo sve što dolazi od Zemlje - biljke, životinje, voda, drvo, nafta i metali. Prirodne resurse koristimo za dobivanje električne energije, uzgoj usjeva i vožnju automobila. Zapravo, sve što jedemo, koristimo ili kupujemo napravljeno je od, ili je, prirodni resurs. Održivi razvoj pretpostavlja osim ekonomskog razvoja i očuvanje prirodnih resursa i kvaliteta životne sredine. To pretpostavlja da nije opravdano koristiti pojedine resurse ako ukupni troškovi prelaze ukupne koristi njihove upotrebe. Upravo na tom principu počiva ideja metode Cost-Benefit, koju ćemo koristiti u ovom radu. Mjere i aktivnosti za smanjenje štetnih uticaja elektroenergetskih postrojenja Mjere koje se mogu primijeniti za smanjenje štetnih uticaja elektroenergetskih postrojenja na životnu sredinu mogu se sistematizovati u nekoliko grupa20: primjena najnovijih naučnih i tehnoloških dostignuća u proizvodnji električne energije (na postojeće i nove proizvodne jedinice), korištenje obnovljivih izvora energije, racionalna upotreba energije i povećanje energetske efikasnosti kao i programi za edukaciju i propagiranje važnosti redukcije emisija. Više konkretnih aktivnosti vodi smanjenju emisija : 1. izrada Akcionog plana za promociju obnovljivih izvora energije sa isticanjem potrebe i prednosti dobijanja energije kao i povoljnost njihovog finanasiranja od međunarodnih zainteresovanih strana 2. primjena najnovijh tehnoloških rješenja sa postizanjem većeg iskorištenja primarnog energenta (sagorijevanje u fluidizovanom sloju, nadkritični parametri postrojena) kod izgradnje novih energetskih postrojenja na fosilna goriva 3. ekpsloatacija obnovljivih izvora energije (vjetar, biomasa, hidro, energija Sunca i geotermalna energija ) : 18 Fritjof Capra, Verborgene Zusammenhänge. Vernetzt denken und handeln - in Wirtschaft, Politik, Wissenschaft und Gesellschaft, Bern u.a. 2002, S. 298 19 Robert, W. Kates, Thomas, M. Paris, and Anthony, A. Leiserowitz, 2005. (www.heldref.org/env.php) 20 Bosiljka Stojanović, Borko Sorajić: Mjere ublažavanja u elektroenergetskom sektoru, Izvještaj ekspertskog tima BiH za klimatske promjene, UNDP-Sarajevo-Banja Luka, 2009 166 - - - 4. procjenjeni ukupani potencijal energije vjetra (27 lokacija južnog dijela BiH) je 900MW,ukupni tehnički potencijal oko 2000MW, a realan cilj korištenja ove energije u 2015. je 400-600 MW. ekonomski najprihvatljivije je suspaljivanje biomase u već postojećim termoelektranama na ugalj jer sagorijevanjem uglja uz učešće samo 10% biomase moguće je smanjti emisiju CO2 za oko 5% izgradnja malih hirdoelektrana do 10 MW zaslužuje posebnu pažnju, a najpotpunija analiza je kroz tri elektroprivrede: Herceg Bosna (EPHZHB), dio Federacije BiH (EPBiH) i Republike Srpske (EPRS). Druga grupa mjera koje neposredno značajno utiču na redukciju emisija u atmosferu jesu aktivnosti na racionalizaciji potrošnje energije,odnosno povećanju energetske efikasnosti, redukciji gubitaka u prenosu i distributivnoj mreži. Mjere za povećanje energetske efikasnosti mogu se svesti na zahvate u povećanju djelotvornosti potrošnje energije i zahvate na trošilima : - najveća ušteda energije se može postići automatizacijom energetskih i industrijskih procesa - revitalizacija trošila u smislu mehaničkih popravki, zamjena pogonskih jedinica ili cijelog trošila - kako su elektromotori najveći potrošači električne energije povećanje energetske efikasnosti pruža zamjena starih i ugradnja novorazvijenih efikasnijih motora (EEN) i pogona promjenjive brzine (VSD-variable speed drive) u energetskim i industrijskim jedinicama - revitalizacija opreme u energetskim i industrijskim objektima u smislu ispravljanja pada funkcionalnosti zbog dotrajalosti, neprikladne izvedbe ili neodgovarajućeg rukovanja - uvođenje novih tehnologija (naftna industrija) koje zahtijevaju manju potrošnju električne energije - smanjenje tehničkih gubitaka na elektrodistibutivnim mrežama 5. Kako su trendovi i relevantni dokumenti o klimatskim promjenama i održivom razvoju uglavnom nedovoljno poznati širem krugu stručnjaka koji se bave strategijom energetskog i industrijskog sektora, neophodno je organizovati edukaciju šire posebno stručne javnosti o Kjoto protokolu, mogućnostima korištenja različitih vidova obnovljivih izvora energije, mogućnost iznalaženja finansiranja takvih projekata i trgovanje emisijama (EU ETS21) METODE I ALATI ZA ANALIZU I OCJENU ODRŽIVOG RAZVOJA Neke važnije metode i alati za analizu i ocjenu održivog razvoja su: - matrica ključnih aktivnosti (AIM-Action Impact Matrix) za određivanje prioriteta ekonomske, okolinske i društvene interakcije različitih makroekonomskih i sektorskih politika razvoja. 21 The European Union Emissions Trading Scheme (EU ETS) poznata i kao Sistem trgovine emisijama EU. 167 - - napredne cost-benefit analize (CBA) koje uključuju ekonomsko vrednovanje okolinskih i društvenih uticaja; višekriterijalna analiza (MCA-Multi-Criteria Analysis), posebno u slučajevima gdje se neki uticaji ne mogu jednostavno kvantifikovati u novčanim iznosima; i zeleno računovodstvo (engl. green accounting). U narednom dijelu opisaćemo samo prve dvije grupe. Matrica ključnih aktivnosti Matrica ključnih aktivnosti (The Action Impact Matrix - AIM) predstavlja višekorisnički konsultantski pristup kojim se integrišu društvene, ekonomske i okolinske dimenzije razvoja, identifikuju i određuju prioriteti ključnih interakcija među njima i određuju politike i projekti koji razvoj čine mnogo održivijim. Metoda je ušla u širu primjenu u ranim 1990-tim, a originalno je predstavljena kao dio okvira za povećanje održivosti (sustainomics framework22), 1992. godine na Konferenciji o Zemlji u Rio de Ženeiru23. U početku je korištena da integriše oblasti brige za životnu sredinu i za društvo u planiranju razvoja, te je tako dospjela i u šire područje kao što su klimatske promjene. Obično, metoda AIM se koristi kao strateški alat za bolje razumijevanje međusobnih povezanosti kritičnih elemenata navedenih na nivou države ili entiteta, i to: ‐ ‐ glavne nacionalne razvojne politike i ciljevi ključne razvojne izazove i probleme, i to vezano za privredni sektor, za sisteme zaštite životne sredine i za društvene okolnosti. Metodom AIM analiziraju se ključne ekonomsko-okolinsko-društvene interakcije da bi se identifikovale potencijalne barijere koje bi mogle da spriječe da razvoj bude bolje održiv - uključujući tu i klimatske promjene. Ona takođe pomaže da se odrede prioriteti makroekonomske politike i strategije u sferi privrede, zaštite životne sredine i u društvenoj sferi. Autori ovog rada su pristup AIM metodom koristili radeći u timu eksperata na izradi NEAP programa Bosne i Hercegovine24 i na izradi PRSP programa za BiH25. 22 Sustainomics – pojam kojim se održivi razvoj opisuje šire kao “proces proširenja nivoa mogućnosti koje obuhvataju osobe kao individue i njihove zajednice da se ostvare njihove aspiracije i iskoristi sav potencijal za određeni održivi period vremena, i u isto vrijeme održava elastičnost ekonomskog, društvenog i okolinskog sistema.” 23 UN Earth Summit, Rio de Janeiro, 1992. 24 Prašo M., Roljić L., “NEAP-Nacionalni akcioni plan zaštite životne sredine i borbe protiv siromaštva u Bosni i Hercegovini” (The National Action Plan for the Environment and Struggle Against Poverty in Bosnia and Herzegovina), B&H Entity Ministries for Environment Protection, Sarajevo-Banja Luka, 2002. Prašo, M., Roljić L., “Prioriteti NEAP-a i njihov uticaj na siromaštvo u BiH” (NEAP priorities and impact on poverty in B&H), B&H Ministry for Environment Protection, Sarajevo-Banja Luka, 2002. 168 Analiza troškova i koristi - Cost-Benefit analiza Analiza troškova i koristi (engl. cost–benefit analysis)26, koju ćemo primijeniti u ovom radu, odavno se koristi kao jedna od metoda za ocjenu prihvatljivosti neke privredne aktivnosti, ili projekta, pa tako i u oblasti zaštite životne sredine i klimatskih promjena. Ova analiza je važan dio procesa procjene uticaja na životnu sredinu i to na nivou pojedinačnih projekata i neophodna je podrška odlučivanju u zaštiti životne sredine i izbora projekata za ublažavanje klimatskih promjena. Svaki projekt (uobičajen je i naziv zahvat) bilo kao trajna ili kao privremena privredna ili društvena djelatnost narušiće ekološku stabilnost, biološku raznolikost ili na bilo koji drugi način (najčešće negativno) uticati na životnu sredinu. Procjena tog uticaja je postupak ocjenjivanja prihvatljivosti namjeravanog zahvata (projekta) s obzirom na životnu sredinu i određivanje potrebnih mjera zaštite životne sredine koje se provode u okviru pripreme namjeravanog zahvata. Stoga Cost-benefit analizu treba shvatiti i koristiti kao instrument za optimizaciju u procjeni uticaja nekog zahvata na životnu sredinu, koji doprinosi nalaženju najboljih rješenja i pomaže pri donošenju odluke o prihvatljivosti ili neprihvatljivosti zahvata, prije svega kod izbora odgovarajuće varijante zahvata ili odluke između dviju alternativa (sa projektom i bez projekta). Analiza koristi i troškova (uz analizu i ostalih uticaja) treba da omogući jednoznačno donošenje odluke o tome da li je društvo spremno da prihvati (da plati) nivo troškova (šteta) koje će određeni zahvat (projekat) uzrokovati za društvo (ali i pojedinca) u odnosu na koristi koje će taj zahvat obezbijediti. Konačni rezultat je procjena društvenih koristi i troškova, odnosno dobiti ili gubitka društvenog bogatstva, u slučaju realizacije konkretnog zahvata. Procjena ukupnih društvenih koristi i troškova nekog 27 zahvata je osnovni princip održivog razvoja koji, kako smo ranije naveli, u sebi uključuje ekonomske i društvene elemente i elemente zaštite životne sredine. Ova vrsta analiza se najčešće odnosi na infrastrukturne projekte inicirane od javnog sektora i/ili se sufinansiraju od strane EU fondova. Za projekte koji se finansiraju iz fondova po metodologiji EU, nužno je izraditi Cost-benefit analizu, kako bi davaoci sredstava u poređenju sa više sličnih projekata odlučili u koje je najpotrebnije ulagati. Cost - benefit analiza se radi onda kada je potrebno dokazati da je određeni projekat društveno prihvatljiv, odnosno da su koristi koje taj projekat stvara veće od troškova, ali gledajući društvo u cjelini. Najčešći primjer ovakvih projekata su: - infrastrukturni projekti koji nemaju komercijalni karakter i/ili se sufinansiraju od strane EU koja ima tačno propisanu metodologiju za izradu studija, 25 Roljić L., Prašo M.,“PRSP-Program strategije redukcije siromaštva u BiH“ (PRSP - Poverty Reduction Strategy Program) - Uticaj poslovnih strategija na životnu sredinu i održivi razvoj BiH”, Ministarstvo energetike Republike Srpske i Ministarstvo za zaštitu okoliša Federacije BiH, Banja Luka – Sarajevo, 2002. 26 Njem. Kosten-Nṻtzen-Analyse 27 Na Svjetskoj konferenciji o zaštiti životne sredine i razvoju, koja je održana u Riju 1992. godine, zaživjela je Agenda 21. To je globalni akcijski program održivog razvoja u kojem su predviđene aktivnosti na svim nivoima i to tako da svi nivoi zavise jedan od drugog - od "globalne Agende 21" do mnogobrojnih projekata širom svijeta u sklopu "lokalne Agende 21". 169 - finansijska korist ovih projekata nije dovoljna da opravda visoka ulaganja, stoga glavni kriterijum uspješnosti projekta nije finansijska korist nego su to socioekonomske koristi koje proizilaze iz projekta (zapošljavanje lokalnog stanovništva, poboljšanje zdravstvene zaštite, zaštita životne sredine/okoliša i sl.). Cost-benefit analizom (CBA) se uspoređuju i vrednuju sve prednosti i svi nedostaci nekog privrednog poduhvata ili projekta analizom troškova (cost) i koristi (benefit) pri čemu se obje vrijednosti iskazuju istim monetarnim jedinicama. Cost-effectiveness analiza (CEA) se od Cost-Benefit analize razlikuje po tome što se mjerna jedinica troškova iskazuje u monetarnim jedinicama, a efektivnost se iskazuje u naturalnim veličinama ili u opisnim jedinicama (društvene, šire, ekološke, okolinske, klimatske) efektivnosti. PRISTUP EKONOMSKOJ ANALIZI MODELA MITIGACIJE KLIMATSKIH PROMJENA U ELEKTROENERGETSKOM SEKTORU BIH Eksperti za pojedinu oblast ugroženosti zbog klimatskih promjena u BiH napravili su analizu i dali su svoje viđenje situacije u konkretnoj oblast i iznijeli su prijedlog modela, aktivnosti, politike i/ili projekata za ublažavanje uticaja klimatskih promjena. Eksperti za elektroenergetiku su uz to dali i svoju procjenu stope rasta (%) potrošnje električne energije u BiH za period od 10 godina. Na osnovu nje napravili smo dinamičku šemu rasta proizvodnje i potrošnje električne energije na domaćem tržištu. Strukturu učešća alternativnih izvora, kojima će se “kompenzirati” proizvodnja električne energije iz termoelektrana, odredili smo tako što smo svaki izvor čiji početak rada pada u godini projektnog horizonta uključivali u šemu sa po maksimalno 25% njegovog potencijala (snaga puta vrijeme srazmjerno radu u toku godine) u svakoj godini projektnog horizonta, a za toliko smo smanjivali (proporcionalno snazi izvora) učešće u snabdijevanju električnom energijom iz termoelektrana, tj. i proizvodnju električne energije tih elektrana (u MWh). Na taj način smo, preko povećanja učešća obnovljive energije u ukupnoj proizvodnji, došli do smanjenja emisije GHG u BiH. Iznos tog smanjenja, u tonama CO2, izračunali smo prema posebnom proračunu. Pri tome, polazna pretpostavka bila je da će se to uraditi računom proporcije, jer nismo imali pouzdane podatke o tome koliko 1 MWh proizvedene električne energije u termoelektrani emituje tona CO228. Kada smo do tog podatka došli, tada smo njega koristiti za navedeni proračun. 28 Oko 60% emisije CO2 ljudskog porijekla događa se u velikim stacionarnim izvorima kao što su termoelektrane, rafinerije, postrojenja za prečišćavanje prirodnog gasa, tvornice cementa i druga industrijska postrojenja. U okviru većine tih industrijskih procesa otpadni, dimni gas sadrži od 5% do 15% CO2. (Izvor: http://www.co2net.eu/public/brochures/CO2NET-Public-Brochure-Croatian.pdf ) 170 Tabela 1. Ulazni podaci za CBA analizu projekta mitigacije u elektroenergetskom sektoru BiH Umjesto upoređivanja više projekata za istu namjenu, mi smo koristili pristup dva scenarija, i to: Scenario 1: Postojeće stanje, tj. stanje kada se ništa ne preduzima, ili se minimalno preduzima, po pitanju mitigacije emisije štetnih gasova i produkovanja štetnih energenata u količinskom i/ili vrijednosnom iskazu, ili u nekom procentu u elektroenergetskoj oblasti, i Scenario 2: Smanjenje emisije štetnih gasova i produkovanja štetnih energenata, otpada i drugog, koje se ostvaruje konkretnim projektom ublažavanja uticaja klimatskih promjena u elektroenergetskoj oblasti, bilo u količinskom ili u vrijednosnom (finansijskom) iskazu i/ili u procentima smanjenja tih emisija, ili produkcija, u odnosu na onaj u Scenariju 1. POSTUPAK PROVEDBE COST-BENEFIT ANALIZE PROJEKTA MITIGACIJE KLIMATSKIH PROMJENA U ELEKTROENERGETSKOM SEKTORU Dinamički pokazatelji projekta utvrđeni su na osnovu sagledavanja određenog vremenskog perioda u kojem se analiziraju njegovi efekti. Dinamička ocjena obuhvata: - Metodu neto sadašnje vrijednosti, - Relativna efikasnost projekta, - Metoda interne stope rentabilnosti i - Period povrata finansijskih ulaganja. Pokazatelji dinamičke ocjene imaju karakter eliminacionih kriterijuma u izboru projekta za finansiranje. 171 METODA NETO SADAŠNJE VRIJEDNOSTI Model je postavljen tako da se njegove buduće vrijednosti mogu postupkom diskontovanja preračunavati na sadašnje vrijednosti. Neto sadašnja vrijednost je zbir neto pozitivnih efekata projekta iz njegovog finansijskog toka, aktuelizovanih na sadašnju vrijednost, kamatnom stopom predviđenom uslovima koje odredi banka. Radi se integralnom i apslolutnom pokazatelju za ocjenu ekonomske rentabilnosti i prihvatljivosti projekta. Projekat se smatra prihvatljivim ako je razlika između sadašnje vrijednosti ulaganja i neto sadašnje vrijednosti budućih dobiti pozitivna ili jednaka nuli. Drugim riječima, da bi projekat bio prihvatljiv neto sadašnja vrijednost mora biti veća od nule, što znači da pozitivni efekti projekta nadmašuju troškove ulaganja. Neto sadašnja vrijednost i interna stopa povrata (IRR-Internal Rate of Return) je računata za period od 10 godina, uz pretpostavku da je nivo dobiti i troškova bez većih oscilacija u tom periodu. Diskontna stopa korištena za analizu je r = 8%. Diskontovani troskovi (negativna suma) i dobitiza izračun IRR Ukupne koristi Neto dobit (za izračun perioda povrata) Godina Troškovi (KM) Koristi (KM) 2009 0 0.00 2010 3,000,000 4,480,000 -121,190,983 1,480,000 -116,710,983 2011 6,000,000 9,228,800 217,503,230 3,228,800 -108,165,798 2012 9,000,000 14,258,944 5,258,944 -95,941,051 2013 12,000,000 19,583,514 7,583,514 -80,395,027 2014 15,000,000 25,216,150 10,216,150 -61,860,404 2015 18,000,000 31,171,078 13,171,078 -40,645,892 2016 21,000,000 37,463,129 16,463,129 -17,037,766 2017 24,000,000 44,107,766 20,107,766 8,698,692 2018 27,000,000 51,121,111 24,121,111 36,317,838 2019 30,000,000 58,519,970 28,519,970 65,592,392 2020 33,000,000 66,321,864 33,321,864 96,312,247 0 Tabela 1. Elementi dinamičke CBA analize projekta mitigacije u elektroenergetskom sektoru Kako se iz tabele 1. vidi, neto sadašnja vrijednost (NPV) konkretnog projekta (r =8%, n=10) je -96,312,247 KM i za toliko je veća je od iznosa (troškova) uloženog u projekat (121,190,983 KM diskontovano). Interna stopa povrata za trajanje projekta 10 godina je 79.47% i višestruko je veća od cijene kapitala po kojoj se obično odobravaju krediti za ovakve projekte (zaštite životne sredine), od 6.35%. 172 Metoda NPV Godina Neto dobit (KM) 0 1,480,000 1 2,989,630 2 4,508,697 3 6,020,038 4 7,509,175 5 8,964,015 6 10,374,564 7 11,732,688 8 13,031,886 9 14,267,085 10 15,434,470 Ukupna NPV projekta 96,312,247 Cijena kapitala 6.35% Diskontni faktor 8.0% IRR za period od 10 godina 79.47% Tabela 2. Metoda neto sadašnje vrijednost projekta Cost-benefit analiza potvrđuje da je investiranje u ovaj projekat mitigacije u elektroenergetskom sektoru BiH efikasan način ulaganja novčanih sredstava. Cost-benefit analiza (Tabela 2) za 10 godina vijeka projekta pokazuje pozitivnu neto sadašnju vrijednost od 96,312,247 KM. METODA INTERNE STOPE RENTABILNOSTI Umjesto na neto sadašnjoj vrijednosti, ocjena rentabilnosti projekta može se bazirati i na internoj stopi povrata (IRR). Riječ je o diskontnoj stopi pri kojoj je sadašnja vrijednost koristi (novčanih primitaka) jednaka sadašnjoj vrijednosti troškova (novčanih izdataka). Interna stopa prinosa predstavlja pravu mjeru rentabilnosti projekta. Izračunava se kao diskontna stopa pri kojoj je neto sadašnja vrijednost jednaka nuli. Stoga je postupak izračunavanja interne stope povrata (prinosa) jednak postupku za izračunavanje neto sadašnje vrijednosti. 173 Godina Troškovi (KM) Koristi (KM) Diskontni faktor 2010 3,000,000 4,480,000 KM 1 2011 6,000,000 9,228,800 KM 0.925925926 2012 9,000,000 14,258,944 KM 0.85733882 2013 12,000,000 19,583,514 KM 0.793832241 2014 15,000,000 25,216,150 KM 0.735029853 2015 18,000,000 31,171,078 KM 0.680583197 2016 21,000,000 37,463,129 KM 0.630169627 2017 24,000,000 44,107,766 KM 0.583490395 2018 27,000,000 KM 51,121,111 KM 0.540268885 2019 30,000,000 KM 58,519,970 KM 0.500248967 2020 33,000,000 KM 66,321,864 KM 0.428882859 Tabela 3. Podaci za izračunavanje interne stope rentabilnosti Interna stopa rentabilnosti (IRR) izjednačava pozitivne i negativne efekte svedene na sadašnju vrijednost. Drugačije rečeno, to je ona stopa pod kojom bi se moglo zadužiti i plasirati sredstva koja angažuje projekat, a da rezultat bude neutralan u ukupnom vijeku projekta. Diskontovano Ukupni troškovi pojekta -121,190,983 KM Ukupne koristi projekta 217,503,230 KM IRR 79.47% Tabela 4. Izračunavanje interne stope rentabilnosti (povrata) Ovaj pokazatelj se tretira kao formalni kriterijum za ocjenu rentabilnosti projekta i predstavlja onu diskontnu stopu koja sadašnju vrijednost projekta svodi na nulu. U konkretnom slučaju, interna stopa povrata uloženih sredstava nakon 10 godina je 79.47%, i višestruko je veća od cijene uloženih sredstava. METODA PERIODA POVRATA FINANSIJSKIH ULAGANJA Rok vraćanja investicije je period izražen u godinama za koji će diskontovani godišnji neto prilivi od investicije (iz ekonomskog toka) da povrate diskontovana ukupno uložena sredstva. Realizacija projekta je opravdana ukoliko je rok vraćanja uloženih 174 sredstava manji ili jednak vremenskom periodu utvrđenom od strane investitora u projekat. Metoda perioda povrata Godina projekta Godina NSV (KM) 0 2012 -116,710,983 1 2013 -108,165,798 2 2014 -95,941,051 3 2015 -80,395,027 4 2016 -61,860,404 5 2017 -40,645,892 6 2018 -17,037,766 7 2019 8,698,692 8 2020 36,317,838 Tabela 5. Metoda perioda povrata ulaganja u projekat iz neto dobiti projekta U našem slučaju sredstva investitoru vraćaju se nakon sedme godine vijeka projekta, pa je po tom kriteriju projekat mitigacije klimatskih promjena u elektroenergetskom sektoru BiH prihvatljiv za finansiranje. ZAKLJUČAK Metodama dinamičke analize efikasnosti projekta mitigacije klimatskih promjena u elektroenergetskom sektoru, koje smo primjenili u ocjenjivanju ovog programa, došli smo do slijedećih zaključaka: Ukupne dobiti posmatrano dugoročno su veće od troškova, što po teoriji cost/benefit analize daje pozitivan rezultat, odnosno koristi su veće od troškova i iznos neto sadašnje vrijednosti je veći od nule, te je stoga projekat prihvatljiv (neto sadašnja vrijednost je 96.312.247 KM). S aspekta interne stope povrata (IRR), procenat je 79,47%, iznos je znatno veći od iznosa kamatne stope po kojoj se nabavlja kapital. To znači da ovaj projekat može podnijeti diskontnu stopu veću od 79,47 % (u našim proračunima diskontna stopa iznosi 8 %). U našem slučaju sredstva investitoru vraćaju se nakon sedme godine vijeka projekta, pa je i po tom kriteriju projekat mitigacije u elektroenergetskom sektoru BiH prihvatljiv za finansiranje. 175 ECONOMIC ANALYSIS OF CLIMATE CHANGES MITIGATION MODELS IN ELECTRICAL POWER SECTOR OF BOSNIA AND HERZEGOVINA ECONOMY AND ASSESSMENT OF THEIR FEASIBILITY Summary: In Bosnia-Herzegovina electricity production has been mostly related to hydroelectric or thermal power-plants. The measures applied in order to minimize their damaging electromagnetic influence may be classified according to several criteria: ‐ application of up-to-date scientific and technological achievements in electricity production (in the existing and new production units) ‐ usage of renewable sources of energy (wind, biomass, hydro energy, geothermal or solar energy). The economically most acceptable solution is biomass co-burning in the existing thermal power plants which use coal. Burning coal with biomass participation of 10% may reduce CO2 emission in 5%. ‐ rational usage of energy and its efficiency enhancement, as well as ‐ educational programme and promoting the importance of CO2 emission reduction. In this paper two economic experts angaged on UNDP project titled „First yearly report of the state of adaptation and mitigation meassuress to climate changes in BiH“, using the CBA microeconomic tool (Cost-Benefit Analyses) has given the results of economic analyse of a mitigation29 project adding of an renewable energy source to existing sources, and their feasibility assessment. Key words: Renewable power sources, Economic analyses, Cost-benefit method, Mitigation of Climate Changes, Electricity production 29 Mitigation - Action taken specifically to reduce future damages and losses from natural disasters. 176 DOPRINOS OPERACIONALIZACIJI ISKORIŠTAVANJA ALTERNATIVNIH IZVORA ENERGIJE U REGIJI30 Viktor Simončič dipl. ing. kem. teh., VIKOS, Hrvatska, [email protected] Sažetak: Uvođenje alternativnih izvora energije jedna je od obaveza uključivanja u EU. Poslije nedavnih događanja u Japanu, kada sve više država odustaje od iskorištavanja nuklearne energijom, okretanje prema alternativni izvorima izgleda da će postati i nužnost. U mnogim državama, što uključuje i gotovo sve države Regije (misli se prije svega na područje bivše Jugoslavije), o mogućnostima uvođenja alternativnih izvora se podosta priča, bez ozbiljnijih aktivnosti, jer za iskorištavanje alternativnih izvora u pravilu nisu stvorene potrebne pretpostavke. Naime, za realizaciju konkretnih projekata potrebno je ostvariti niz pretpostavki. Obično se to radi na osnovi jasno osmišljene strategije, sa detaljnim planom aktivnosti. Strategije izgleda znamo izrađivati. Na području Regije izradili smo ih bezbroj, za najrazličitija područja. No pitanje znamo li izraditi realne, provedive strategije. Čini se da ne, jer u Regiji skoro da nema niti jedne strategije (za bilo koje područje rada i djelovanja), koja je provedena u zadovoljavajućim okvirima. Razlog tome je gotovo svakodnevna praksa da u strateške dokumente često stavljamo ambicioznije ciljeve od onih koji na tim problemima rade sustavno, a i činjenica da izrađene strategije ne prate i operativni planovi za njihovo provođenje. Nije mi poznat niti jedan provediv operativni plan. Pitanje je zašto to ne znamo? Da li su krive nerealne i neprovedive strategije ili je problem u nepoznavanju postupaka operacionalizacije želja? Istina je kao i uvijek negdje u sredini. Iskorištavanje alternativnih izvora energije posebno je važno, ali i osjetljivo pitanje. Naime, tu će trebati dodatnih znanja i mudrosti da se raspoloživi potencijali iskoriste na društveno najkorisniji način. Kako bi to bilo moguće, uz poznavanje potencijalnih 30 Autor je neposredno nakon konferencije u Banja Luci učestvovao na okruglom stolu u Subotici na temu ,, Ekoinovacije: zelena privreda prijatelji prirode ’’. Kako se radi o sličnoj problematici autor i ovdje koristi slične argumente i koristi dijelove svojih tekstova. U pisanju rada korišteni su i dijelovi koji su ranije objavljeni, kao npr. V.Simončič i T.Lukić, „Optimiranje troškova postupanja s komunalnim otpadom“, Međunarodna konferencija o postupanju s opasnim i neopasnim otpadom u regiji, Zenica, 2010., Zbornik radova str.123; V. Simončič, „Značaj izrade strategija i operativnih planova u svjetlu procesa približavanja EU“, IX. Međunarodni simpozija Gospodarenje otpadom Zagreb 2006., Zbornik radova str.215 177 mogućnosti trebat će imati i znanja kako u našim uvjetima (misli se na one uvjete koji vrijede u Regiji) napraviti ostvariv iskorak od mogućnosti i želja do prakse. U radu se analiziraju mogućnosti iskorištavanja alternativnih izvora u smislu doprinosa ukupnom društvenom razvoju, te nužne institucionalne, organizacijske, pravne i financijske pretpostavke za realizaciju. Naglasak se daje i na povezanost iskorištavanja alternativnih izvora energije i energetske efikasnosti u duhu izazova globalizacije i novih lokalnih poslovnih mogućnosti. U radu se pokušava dati odgovor na ova pitanja temeljem iskustava stečenih u sličnim procesima u drugim sredinama s prijedlogom «strategije za izradu strategija i operativnih planova» , kako bi iskorištavanje alternativnih izvora energije što prije postala realnost. Ključne riječi: izrada strategije, operativni planovi UVOD Neosporno je da živimo u vrijeme velikih promjena, pri čemu manja većina onih koji se ne bore s problemima gladi i svakodnevnog preživljavanja, prekomjerno troši materijalne i energetske resurse. Razvijeni, prvenstveno i možda čak jedino Europska unija (EU), su čini se tek zadnjih godina prepoznali svu opasnost nekontroliranog razvoja31. U izvještaju o stanju okoliša u EU iz 2010. godine, među 10 glavnih poruka navodi se da će „stalno iscrpljivanje zaliha prirodnih resursa i usluga ekosustava Europe u konačnici narušiti europsko gospodarstvo i ugroziti socijalnu koheziju“ pri čemu će „transformacija prema „zelenoj“ europskoj ekonomiji omogućiti dugoročnu održivost okoliša Europi i široj regiji“, dajući i jasan naglasak na nužnost promjene stavova kod svih partnera u društvu[1]. U drugom dokumentu, koji daje procjenu „mega trendova“ do kojih bi moglo doći uslijed klimatskih promjena, daje se indirektno još ozbiljnije upozorenje o potrebi za promjenama, s naznakom da bi buduće promjene u ekosustavima mogli imati ozbiljan utjecaj i na političku stabilnost i sigurnost [2]. Novi izvori energije, kao i racionalno korištenje postojećih uvijek su u centru ovakvih razmatranja. 31 Europska unija je još 1973. godine, donošenjem 1. programa zaštite okoliša ukazala na potrebe zajedničke okolišne politike, koju stalno nadograđuje novim programima. Trenutno je na snazi 6. program. Ozbiljno upozorenje, koje se spominje uslijedilo je tek nedavno. Posljedice tsunamija na razvoj nuklearnog energetskog sektora vjerojatno će doprinijeti još većem stupnjevanju upozorenja o potrebama promjene pristupa. 178 ZAŠTITA OKOLIŠA32 I ALTERNATIVNI IZVORI ENERGIJE33 Uvođenje alternativnih izvora energije, a posebno energetske učinkovitosti nemoguće je promatrati odvojeno od zaštite okoliša odn. održivog razvoja. To je više nego očito u svim dokumentima EU i strateškim dokumentima razvijenijih država. Bilo kakvom ozbiljnijem pokušaju u tom smjeru mora prethoditi promijenjeno ponašanje u odnosu na okoliš – promjena u smjeru održivog razvoja. Kada na ovim prostorima govorimo o potrebi promijene odnosa do zaštite okoliša onda pri tome mislimo na potrebu uvođenja standarda onih najrazvijenijih. U lako danim obećanjima političara, kako će se preko noći uvesti europski standardi to podrazumijeva preuzimanje standarda koji vrijede u najrazvijenijim članicama EU, a nikako ne u nekoj od novih članica EU ili nekoj ekonomski manje razvijenijoj staroj članici. U Hrvatskoj će „zeleni“ kao primjer navoditi najmanje praksu zaštite okoliša u Švedskoj. Čak niti dostignuća Austrije i Njemačke za Hrvatsku su po njihovom mišljenju po neki puta preniska. To da se tek unatrag koju godinu uređuju odlagališta otpada i da su uređaji za pročišćavanje otpadnih voda prava rijetkost, nikog ne brine, jer već sutra će sve biti „naj“. Kroz izjave političara i medije, u retuširanoj slici, stanje okoliša u Hrvatskoj se čini puno boljim nego što je. Točna je činjenica da je Hrvatska u nekim segmentima došla podosta dalje od južnih i istočnih susjeda, pa je oni gledaju s divljenjem, i nerijetko kopiraju34. Na žalost, u regiji se danas problemi zaštite okoliša još uvijek svode uglavnom na sanitarno – higijensku problematiku. Glavne investicije su ili će biti usmjerene na odlagališta otpada i uređaje za pročišćavanje otpadnih voda. Zbog toga prelazak na 32 Koliko smo daleko od razumijevanja našeg odnosa do okoliša najbolje govori činjenica da na području regije svi štite: okoliš, životnu sredinu, okolinu, okolicu,…. s izuzetkom Slovenije, koja je oduvijek imala samo „okolje in prostor“. Zamislite apsurda, nisu ih štitili, a uspjeli su ih zaštiti! Ostali su „štitili“ i gotovo ništa. Upravo stalno dodavanje atributa „zaštita“ uz „okoliš“ pokazuje, kako je uz iznimku (rijetkih) intelektualaca, malo onih koji razumiju potrebu sklada između nas i prirode (resursa), sklada koji se mora pažljivo dogovoriti i uskladiti, ali ne na način da se to postiže davanjem nekom uloge policajca – resorna ministarstva. U Hrvatskoj postoje čak dva policajca, jedan za okoliš, a drugi za prirodu. 33 Korištenje alternativnih izvora energije i racionalno korištenje postojećih u uskoj je vezi s pojmom „zelena ekonomija“. Pod tim pojmom se podrazumijeva ekonomija kod koje su rast prihoda i zapošljavanja upravljani od strane onih javnih i privatnih investicija koje smanjuju emisije ugljičnog dioksida i zagađenja, povećava energetsku i materijalnu učinkovitost, te sprječava gubitak biološke raznolikosti i vrijednosti pojedinih ekosustava. Te investicije moraju biti katalizirane i podržane od strane ciljanih javnih rashoda, političkih reformi i promjenama u upravljanju. Taj put razvoja treba održavati, unaprijediti i, kada je to potrebno, obnoviti prirodni kapital kao ključnu ekonomsku imovinu i izvora javne koristi, osobito za siromašne osobe čija egzistencija i sigurnost jako ovise o prirodi (UNEP 2011). 34 Autoru se poneki puta čini da je za širu regiju velika šteta da se u Hrvatskoj ne govori npr. kineskim jezikom. Jer tada druge države ne bi tako nekritično prepisivale u Hrvatskoj izrađene propise i strateške dokumente, već bi se duboko razmislili nad svakim problemom i odabrali za dane okolnosti i za sebe najbolji mogući put. Dobar primjer za to su države EU. Kako zakonodavstvo EU ne propisuje način kako nešto postići, već definira samo ciljeve, države unutar EU ne kopiraju jedna drugu, već svaka i standarde i zakonsku regulativu prilagođava svojim uvjetima. 179 više okolišne standarde, one koje zahtijeva prelazak na korištenje alternativnih izvora, a pogotovo na racionalnije korištenje energije neće biti lako. Naime, ovo područje u EU je regulirano s više stotina zakonskih propisa, za čije ispunjavanje se izdvajaju značajna sredstva, prosječno 2% - 3% (6%) bruto nacionalnog dohotka (BND), što predstavlja izdvajanje i od više tisuća eura po stanovniku godišnje, kako je to prikazano na slijedećoj slici. Slika 1: Izdvajanja za zaštitu okoliša u državama EU u 2005 godini (Izvor: www.eea.europa.eu) Uz jednaki postotak izdvajanja za potrebe okoliša, u državama regije bi se iste standarde trebalo ispuniti s 20-30 puta manje sredstava (1-2 % od 2-3000 € je 20 - 60 €)! Da li je to realno? Zasigurno nije. No oni koji se manje razumiju u društvenu ekonomiju kažu da je to moguće i da nema problema jer troškove uvođenja viših standarda “plaća zagađivač”! Budući da proizvod i uslugu plaća kupac-korisnik, princip „zagađivač plaća“ u stvari uvijek znači „potrošač – korisnik – stanovnik plaća“. Naime, onaj koji uvodi novi standard npr. komunalno poduzeće za odvoz otpada ili pročišćavanje otpadnih voda ili proizvođač zagađenja npr. neka termoelektrana koja želi smanjiti emisije „sumpora“ takav trošak uvijek prelama preko leđa pojedinca-korisnika i/ili društva. Isto vrijedi i za svaku jedinicu proizvedene alternativne energije, koja je za sada u pravilu skuplja od konvencionalno proizvedene. Na sreću se razlike stalno smanjuju. Kod racionalnijeg korištenja energije to nije slučaj i u pravilu se u ovom slučaju od sistema „zagađivač – rasipnik energije plaća“ događa „zagađivač – rasipnik energije dobiva“, a dobiva i društvo u cjelini. Što će biti pokazano kasnije. Prije svega nerealni političari i dio „ekstremne zelene scene“ zaboravljaju značajnu činjenicu da visoki okolišni standardi uglavnom dolaze od onih „bogatih“, koji su ih uvodili desetljećima, a trebali bi biti primijenjeni kod „siromašnih“ gotovo preko noći. Odnos „bogatih“ i „siromašnih“ najslikovitije je prikazan na slijedećem dijagramu, gdje se daje odnos broja stanovnika i ukupnog dohotka razvijenih i onih u razvoju. 180 Slika 2: Odnos nacionalnog dohotka i broje stanovnika koji ih ostvaruje KAKO DO ALTERNATIVNIH IZVORA ENERGIJE I EFIKASNIJEG KORIŠTENJA RESURSA? Kako je područje okoliša/alternativnih izvora energije/racionalnog korištenja energije samo jedan segment kojeg treba unaprijediti, jer povišene standarde zahtijevaju i drugi segmenti u društvu (od proizvodnje, do trgovine i transporta, pa sve do zdravlja i obrazovanja) stvarno je pitanje kako odabrati najbolji put, što posredno znači, kako u što je moguće većoj mjeri uvođenje novih standarda prilagoditi realnoj lokalnoj situaciji. Zbog toga autor često ukazuje na potrebu izrade realnih strategija i provedivih operativnih programa, koji su iako životna nužnost gotovo rariteti u široj regiji [3] i [4]. Čini se da se slična situacija koja je evidentna na području okoliša sada javlja s predlaganjem „alternativnih izvora energije“ , kao dijela „zelene ekonomije“. Kako se čini do izražaja dolaze prazna i nerealna obećanja, s mišlju kako se praksa razvijenih može jednostavno, praktički preko noći, prenijeti u vlastitu sredinu. Pri tome se zaboravlja da racionalno korištenje energije ne predstavlja praktički ništa nova, već samo odgovoran odnos do razvoja, koji se, u prvom koraku sastoji u uvođenju viših, okolišnih standarda, s kasnijim prelaskom na druge zahtjevnije zahtjeve. No, uvođenje alternativnih izvora energije, a pogotovo racionalno korištenje energije u širem smislu sigurno je realnost za regiju, jer je neosporna činjenica da se u regiji raspolaže velikim brojem prirodnih resursa i velikim prirodnim potencijalom, uz još uvijek nizak nivo efikasnog korištenja energije. Specifična potrošnja energije po jedinici proizvoda i usluga je na ovom prostorima u pravilu bitno viša od onih u razvijenim sredinama tako da se tu kriju neslućene rezerve. No, potrebno je znati da sami prirodni resursi nisu dovoljni za njihovo optimalno korištenje niti na klasičan niti na trenutno financijski zahtjevniji „zeleni“ način. Prirodni resursi predstavljaju samo nužnu bazu, nužan resurs koji se 181 može racionalno i efikasno koristiti, ali samo ako za to postoje i tehnički, tržišno ekonomski i društveni uvjeti. Oni najčešće još nedostaju. Društveni uvjeti, pod kojima se razumije prije svega administrativno dobro organizirana država su u tom nizu najčešće najslabija karika. Naime, problematiku promoviranja alternativnih izvora energije (kao i sve druge važne društvene aktivnosti) ne može se urediti (samo) na čistim tržišnim principima. I tamo gdje se promovira tržišni princip, kao osnovna pokretačka sila barem na početku, glavnu ulogu je igrala država koja je stvorila preduvjete za funkcioniranje tržišta, uvođenjem realnih standarda, nerijetko stvarajući stimulativno financijsko okruženje. Ekonomičnost nekog alternativnog energetskog izvora ili mjera za smanjenje potrošnje ovise o stanju na tržištu. Neke mjere, pogotovo u racionalnijem korištenju energije mogu biti same dovoljno motivirajuće za funkcioniranje tržišnih mehanizama. Tada energija praktički postaje vrijedna roba koja ima i svoju dodatnu cijenu. Kako tržište samo djelomično može regulirati taj segment, pojedine države dodatnim financijskim mehanizmima čine pojedine vrste alternativnih izvora i mjera tržišno interesantnim. Uzmimo npr. korištenje neke sirovine/resursa za proizvodnju energije. Kao što je prikazano na slici 3a. resurs A se pod tržišnim uvjetima može koristiti bez ikakvih poticaja. Banalan primjer za to bi bilo npr. grijanje vode u kakvom starom buretu na krovu kuće, kao što je to slučaj u velikom broju država, s iznimkom onih na našem prostoru35. U „društveno osviještenim sredinama“36 analizom distributivnih učinaka na razinu cijena, na razinu zaposlenosti i utjecaja na okoliš odlučuje se za koje vrste sirovina/resursa i mjera će država intervenirati kako bi njihovu primjenu učinila ekonomičnom odn. što je društveno prihvatljiv koncept. Na slici 3b shematski je prikazano da odgovarajućim ekonomskim mehanizmom i resurs C i D mogu postati ekonomično i društveno korisni. Isti princip naravno vrijedi i za neku „ekološku“ proizvodnju ili npr. za poticanje korištenja javnog prijevoza. 35 Prije više od dvadeset godina bio sam gost kod prijatelja u Ateni. Stanovao je u manjem neboderu. Ujutro sam se tuširao i odjednom je počela teći hladna voda. Smrzao sam se. Zaboravio mi je reći da kad prestane teći topla voda iz bojlera na krovu (a tamo nije bilo mjesta za veliki bojler, jer su svi stanari imali pravo na koji kvadratni metar sunčanog krova) prebacim sistem na električni bojler. 36 Autor slobodno uvodi pojam „društveno osviještene sredine“ kao atribut za države koje donose odluke u suradnji sa svim partnerima, a pri tome prvenstveno brinu o nacionalnoj (društvenoj) ekonomiji i standardu svojih građana 182 Sirovine A, B i C ekonomične za poduzeće - EKONOMIČNOST ZAVISNO OD VRSTE SIROVINA sirovina + A B C 0 državna intervencija D Imajući na umu društvenu korist, intervencijom države povećava se broj sirovina za koje je reciklaža ekonomičina ekonomičnost ekonom ičnost + - sirovina A 0 B C D Jedino je sirovina A ekonomična za poduzeće Za neke sirovine reciklaža je neekonomična na nivou poduzeća Slika 3 a i b: Shematski prikaz intervencije države u 37 postizanju ekonomičnosti korištenja nekog resursa ili usluge – dano na primjeru otpada i sekundarnih sirovina Što je to društveno prihvatljiv koncept u korištenju alternativnih izvora energije i mjerama vezanim za racionalno korištenje energije? Društveno prihvatljiv koncept je onaj kod kojeg je doprinos uloženog u (1) osiguranje snabdijevanja društva energijom, (2) smanjenje pritiska na okoliša, (3) smanjenje specifične potrošnje energenata i sirovina, (4) razvoj lokalne sredini i (5) jačanje društvene ekonomije najviše moguć. Pojednostavljeno rečeno, treba se pitati koliko novih radnih mjesta će otvoriti neka „alternativna“ inicijativa, koliko novca prikupljenog za neku uslugu od građana će otići na kupovanje proizvoda/opreme koje su proizveli ti isti građani odn. koliko će se izdvojiti na usluge tih istih građana, za koliko će se povećati nacionalni dohodak? Za uspostavu ekonomski prihvatljivog sistema38 korištenja alternativnih energetskih izvora i drugih mjera, potreban je sistematski pristup, pri čemu se paralelno moraju jačati sve karike u sistemu: korisnik/kupac (mora imati primjernu ekonomsku moć), administracija/država (mora osigurati funkcioniranje tržišta, dovoljan broj educiranih kadrova, jednakost na tržištu i prema potrebi ekonomski prihvatljivo financiranje), tvrtke/poduzetnici (moraju imati ljudske resurse i tehničku osposobljenost) i javnost (senzibiliziranje za pojedini problem, spremnost na preuzimanju dijela odgovornosti, spremnost na korištenje skupljih proizvoda u odnosu na konvencionalno proizvedeni, nadzor). Da bi se to postiglo potrebna je jasna ekonomska i okolišna valorizacija cijelog životnog ciklusa pojedine aktivnosti sa stajališta mogućnosti nacionalne/domaće ekonomije. Sve što se radi mora se prilagoditi postojećim lokalnim uvjetima. 37 Preuzeto od prof. dr Aleksandra Kneževića, Mašinski fakultet Univerziteta Sarajevo Ekonomski prihvatljiv sistem je samo onaj, koji je uz dobiti u nekom sektoru osigurava povećanje nacionalnog dohotka; višestruko viša cijena nekog alternativnog izvora energije, ako se temelji najvećim dijelom na uvoznim komponentama i uvoznim intelektualnim uslugama skoro da ne može biti društveno prihvatljiva na način kako to razumije autor; Preplaćena naknada za plastičnu ambalažu doprinijela je čistijem prostoru Hrvatske, ali je u isto vrijeme u neravnopravan položaj dovela proizvođače pojedinih proizvoda i time (najvjerojatnije) negativno utjecala na nacionalni dohodak; 38 183 Ekonomičnost i učinkovitost (jako pojednostavljeno rečeno: efekt na društvenu ekonomiju i standard građana) bilo kojeg zahvata ovisi o sposobnosti da se iskoriste određeni potencijali, kako je to shematski prikazano na slici 6. Kako je pokazano, npr. ukupnih prirodnih od potencijala može se zbog prirode stvari zbog tehničkih barijera (postojeći tehnički kapaciteti u društvu) iskoristiti samo određeni dio. Na mogućnost iskorištavanja preostalog dijela dalje utječe još ekonomska snaga društva, stanje na tržištu i u konačnici stanje u društvu (u najširem smislu te riječi, u što je uključena institucionalna, osiguranje slobode protoka roba i usluga, stanje u pravosuđu, administrativna organiziranost države i drugo). Što je društvo razvijenije to je lakše iskorištavati potencijale. Razvijenija društva, upravo zbog svoje organiziranosti, učinkovitije koriste potencijale od onih manje razvijenih, kako je to prikazano na slijedećoj slici. POTENCIJALI / BARIJERE prepreke potencijali DRUŠTVO PRIRODA EKONOMIJA TEHNIKA TRŽIŠTE Slika 4 : Najslabija karika u iskorištavanju potencijal39 ŠTO JE REALNO NA OVOM PODRUČJU U REGIJI40 39 40 Preuzeto od prof. dr Aleksandra Kneževića, Mašinski fakultet Univerziteta Sarajevo Uglavnom preuzeo s intereneta – lako dostupno pozivom na pojedini pojam 184 Uvođenje alternativnih izvora energije jedna je od obaveza uključivanja u EU: 20% + 20% + 20%. Poslije nedavnih događanja u Japanu, kada sve više država odustaje od iskorištavanja nuklearne energijom (Njemačka izgleda 2022!), okretanje prema alternativni izvorima izgleda da je postalo nužnost! Koji su stvarno realno mogući alternativni energetski izvori u Regiji? Treba realno procijeniti potencijale i barijere, pri čemu kopiranje razvijenih ima smisla samo ako se pokuša kopirati put kojim su oni došli na poziciju gdje su sada, a ne odmah i samo trenutno stanje! Korištenje solarne energije – dolazi u obzir barem za grijanje vode. Sva oprema se može proizvesti lokalno. Investicija za pripremu tople vode u vikendicama je reda veličine do 2.000 eura, a za kuće do nekih 4.000 eura. Uz dogrijavanje prostora investicija se penje na preko 10.000 Eura. Uz proizvodnju električne energije, za male solarne elektrane snage 10 kW investicija se penje na i preko 30.000 Eura. Uz garantiranu povlaštenu cijenu povrat investicije je moguć za 5 – 7 godina. Veliki problem je, što se za jednu takvu instalaciju u nekim sredinama, kao npr. u Hrvatsko, traži “papirologija” kao kada se gradi nuklearka – radi se o više od 60 različitih dozvola i odobrenja. Korištenje vjetra - preferira se na obalnim područjima. Nažalost u Regiji se ne proizvodi gotovo ništa od opreme. Investicijska cijena na kopnu je oko 900-1200 Eura/kW, a za usporedbu cijene plinsko-parne termoelektrane je nešto niža i iznosi 550-850 eura/kW. Veći udio vjetro-energije u ukupnoj potrošnji zahtjeva visoku logistiku i dodatne rezervne resurse. Računa se s povećanim troškovima rada od 0,1-0,4 centa/kWh, a troškovi dogradnje mreže su reda veličine 100 eura/kW. Uz sadašnje stanje doprinos društvenoj ekonomiji je relativno skroman41. Biomasa – je logičan alternativni energetski izvor na ovim prostorima. Postoje bogati lokalni izvori, oprema je jednostavna i može se proizvesti u Regiji. Ne traži se sofisticirano vođenje, a moguća je izgradnja kapaciteta širokog spektra. Uz mogućnost kogeneracije ovaj izvor i dalje ima velike i realne šanse za korištenje uz veliki doprinos društvenoj ekonomiji Geotermalna energija – postoje lokalni izvori, oprema se samo dijelom proizvodi u Regiji. U Hrvatskoj od 28 bušotina s termalnom vodom radi njih 14. Niska je cijena korištenja. U ovu grupu spadaju i toplinske pumpe - Cijena (samo uređaj) za jednoobiteljske stambene objekte kreće se u rasponu od 5 000 - 10 000 Eura. Vodeni potencijal – je značajan obnovljivih izvora u Regiji. S obzirom na stupanj iskorištenosti još uvijek predstavlja veliki potencijal, jer postoji tradicija korištenja vodenog potencijala i mogućnost proizvodnje opreme. Problem može biti otpor javno- 41 Kod ove tehnologije se gotovo sve uvozi. Autor u šali često navodi kako se u Regiji zahtijeva poseban oprez, jer kako se danas sve naplaćuje, sutra će se naplaćivati i vjetar koji puše/duva iz pojedinih pravaca. Inače je ova tehnologija kao naručena za područja do kojih je teže dovesti konvencionalno proizvedenu energiju, kao npr. za otoke. Nažalost, u Hrvatskoj je čini se zabranjeno postavljanje vjetro-elektrana na otocima. 185 sti za nove investicije. Radi se o značajnom potencijalu s velikim utjecajem na društvenu ekonomiju. Energija iz komunalnog otpada – uvođenje mehaničko – biološke obrade komunalnog otpada daje mogućnost izdvajanja gorivog dijela (RDF - Refuese Derived Fuel). Oprema se proizvodi u Regiji. Uz energetske efekte postižu se i značajne uštede na deponijskom volumenu. Radi se o potencijalu u ekspanziji s značajnim utjecajem na društvenu ekonomiju. Korištenje pojedinih vrsta otpada u industriji – npr. gume u cementarama (doprinos smanjenja emisija “CO2”) kao i drugog alternativnog goriva još je uvijek nedovoljno iskorišteno. Uštede energije, povećanje energetske efikasnosti – jednostavno rješenje, moguća brza primjena i svatko, čak i pojedinačno može dati svoj doprinos. Značajnu ulogu kod većih sistema igra mogućnost ko-generacije. Da se mene pita počeo bi s termoizolacijom obiteljskih kuća i uvođenjem centralnog snabdijevanja energijom gdje god je moguće. Radi se vjerojatno o najznačajnijem i najjeftinijem potencijalu, s daleko najvećim utjecajem na društvenu ekonomiju. U kontekstu korištenja alternativnih goriva i mjera energetske učinkovitosti, kako je to pokazano na slici 3a i b najvažniju ulogu, prvenstveno u stvaranju preduvjeta, ima država. S tim u vezi navodim citat iz jednog predavanja g. Kale Marijana42 „ Zašto podzakonski ne utvrdimo da se poticajna cijena za nadolazećevjetroelektrane – i druge vidove elektrana na obnovljive i alternativne izvore (dodao autor) može koristiti samo u slučaju da je domaća komponenta veća od 60% –taj poticaj plaćaju hrvatski (domaći) građani i poduzetnici (danas: 0,5 lipa po svakom kilovatsatu preuzete električne energije) radi, između ostalog, povećavanja zapošljavanja svojih, a ne inozemnih, radnika!“ I ONDA? Kako bi od velikih riječi prešli na racionalna mala (ali velika) djela, potrebno je kao i kod svih drugih aktivnosti imati jasne strategije i prije svega nužne operativne planove. Na to autor često upozorava [3] - [7]43. Između ostalog navodi: Na pitanje da li znamo izrađivati strategije (i ne samo iz područja okoliša i otpada) odgovor je jednoznačan – znamo. Izradili smo ih bezbroj. Na pitanje znamo li izraditi realne, provedive strategije odgovor postaje pomalo dvojben. Skoro da nema niti jedne koju smo proveli u zadovoljavajućim okvirima, jer često u strateške dokument postavljamo ciljeve koji su često čak i stroži od ciljeva onih koji na tim problemima rade sustavno. Na pitanje 42 Autora ne poznajem, ali na internetu, upisivanjem „Marijan Kale“ možete naći niz njegovih relevantnih priloga 43 Citiranjem vlastitih radova autor ne želi sam sebi dati važnost, već samo ukazati na činjenicu da je prilaz rješavanju svim problemima metodološki isti i u provedbi vrlo sličan; radove koje navodi se odnose na područja koja su sastavni dio zelene ekonomije. 186 da li znamo izraditi operativne planove odgovor je jednoznačan – ne znamo. Nije mi poznat niti jedan provediv operativni plan. Pitanje je zašto to ne znamo? Da li su krive nerealne i neprovedive strategije ili je problem u nepoznavanju postupaka operacionalizacije želja? Istina je kao i uvijek negdje u sredini. Pri tome je poseban problem da ne znamo iskoristiti niti pomoć koju bi kroz međunarodne projekte trebali dobiti. Stanje stvari je više nego zabrinjavajuće, jer zbog naše nepripremljenosti to može bitno usporiti proces uključivanja u EU. [5] Izraditi provedive strategije nije jednostavno. Na domaćoj sceni za to ne postoji razumijevanje problema, pa tako odgovarajuće strategije, koje su trebale biti donesene već na početku procesa ekonomske i političke tranzicije nisu donesene. Kako ideja uvođenja alternativnih izvora energije i smanjenje neracionalne potrošnje u dogledno vrijeme ne bi ostala samo deklarativna želja, autor predlaže čak i zajednički put izrade strateških dokumenata u Regiji [6] u vidu Tehničkih preporuka, čiju bi izradu vodile one sredine koje imaju najviše iskustva u danom području, a mogle bi se bazirati na nekim od slijedećih elemenata44: 1. Detaljno se informirati kako su druge sredine pristupile izradi takvih dokumenata 2. Ocijeniti stanje na tržištu uključujući i tehničke mogućnosti nacionalne privrede 3. Osigurati raspravu sa svim sudionicima (administracija, privreda, nevladin sektor, potrošači, istraživanje,....) 4. Procijeniti vremenske mogućnosti primjene pojedinih mjera/ciljeva 5. Ocijeniti povezanost zakonskih propisa i utvrditi one koji se moraju donijeti da se neka aktivnost može provesti (npr. certifikacija proizvoda i usluga) 6. Procijeniti učinak financijskog opterećenja na nacionalnu ekonomiju, i odlučivati se za one aktivnosti koje najizravnije doprinose razvoju ekonomije i povećanju dohotka 7. Izraditi operativne programe za izvođenje aktivnosti 8. Osigurati mehanizme provjere, izvještavanja i unapređivanja UMJESTO ZAKLJUČKA 44 Regional Education and Information Centre iz Sarajeva (REIC.org.ba) je u razradi ideje „lokalnog BAT“ i predložio da se pripremi niz tehničkih preporuka (Praksu Tehničkih preporuka – Technische Anleitung – poznata je iz Njemačke sedamdesetih i osamdesetih godina; na ovim prostorima su najpoznatije Tehničke preporuke za zrak – TA Luft – koje su u velikoj mjeri bile korištene u bivšoj državi), kojima bi se mogao olakšati proces preuzimanja pravne stečevine, na način prihvatljiv kako za pojedinu državu i privredne grane, tako i za Evropsku zajednicu i njene zahtjeve. Primjer donošenje tehničkih preporuka predstavljen je na Stručom kolokviju regulisanja emisije SO2 iz termoenergetskih postrojenja Jugoistočne Evrope, Sarajevo, Oktobar, 2009 187 Potrebno je iskoristiti društveni naboj izražen u želji za očuvanim i čistijim okolišem i prelazak na korištenje alternativnih izvora energije i njeno racionalno korištenje poduprijeti izradom prilagođenih strateških i operativnih dokumenata. Sve korake treba prilagoditi snazi društva i izbjeći nekritično preuzimanje prakse onih najrazvijenijih. Svaka sredina, neovisno od stupnja ekonomske i društvene razvijenosti može se kretati na tom putu, prvenstveno metodom malih i provedivih koraka. U Regiji bi se na tom području mogla osigurati i korisna suradnja. Iako u odnosu na velike solarne elektrane, foto-naponske ćelije i hibridne automobile to izgleda pomalo neprimjereno, revolucionarni napreci mogli bi se postići već poboljšanjem izolacije kuća i zgrada, pri čemu bi često bilo dovoljno samo njihovo žbukanje/malterisanje. To bi bio pravi primjer razvoju primijenjene tehnologije, prilagođene nacionalnim/lokalnim mogućnostima: koristile bi se lokalne sirovine (pijesak i kreč) i vlastiti energetski izvori (vlastitih ruku rad), doprinijelo bi se očuvanju prirodnih resursa (manja sjeća šuma), dao bi se doprinos smanjenju utjecaja na klimatske promjene (velike uštede na emisijama CO2), a uz malo organiziranosti, ušteđene kvote emisija bi se mogle i prodati na međunarodnom tržištu (sukladno EU shemi o trgovanju emisijama CO2 - prema direktivi 2003/87/EC). Uz to bi se uštedjela potreba za gradnju barem nekoliko elektrana. Pitanje je samo da li kod nas postoji svijest da se pozicioniramo na za nas primjereno mjesto i da se realno pogledamo u ogledalo. Parafrazirajući Duška Radovića iz njegovih besmrtnih poruka iz „Beograde dobro jutro“, izgleda da bi se u Regiji s ozbiljnijim energetskim promjenama u duhu 20% - 20% - 20% trebalo započeti s žbukanjem/malterisanjem i zidarskom žlicom. Moramo poćeti s malim koracima. Ne čini li se da je to prejednostavno rješenje? Da li je stvarno? Zamislimo se! „Puno - to je svaki dan po malo. Mi bi htjeli sve i odjednom i onda ne napravimo ništa.“ (Duško Radović, “Beograde dobro jutro”) REFERENCE [1] [2] [3] [4] [5] [6] 188 EEA, „Te European environment – state and outlook 2010“ (raspoloživo i na srpskom i hrvatskom jeziku) – www.eea.europa.eu EEA, „Te European environment – state and outlook 2010 – Assessment of Global Megatrends“ www.eea.europa.eu V. Simončič, „Značaj izrade strategija i operativnih planova u svjetlu procesa približavanja EU“, IX. Međunarodni simpozija Gospodarenje otpadom Zagreb 2006., Zbornik radova str.215 V. Simončič, „Doprinos operacionalizaciji iskorištavanja alternativnih izvora energije u Regiji“, Međunarodni naučni skupu - Obnovljivi izvori energije i održivi razvoj, Banja Luka 2011. –Zbornik radova, rad u pripremi V. Simončič, „Da li je potrebno promijeniti dosadašnju praksu postupanja s otpadom i dosadašnju praksu sanacije starih odlagališta?“, X. međunarodni simpozij gospodarenja otpadom, Zagreb 2008., Zbornik radova, str.77. V.Simončič i T.Lukić, „Optimiranje troškova postupanja s komunalnim otpadom“, Međunarodna konferencija o postupanju s opasnim i neopasnim otpadom u regiji, Zenica, 2010., Zbornik radova str.123 THE CONTRIBUTION TO OPERATIONAL EXPLOITATION OF ALTERNATIVE ENERGY SOURCES IN THE REGION Abstract: The introduction of alternative energy sources is one of the obligations of EU accession. After recent events in Japan, where many countries abandoned the use of nuclear energy, turning to alternative sources, it seems that it will become a necessity. In many countries, including almost all countries in the Region (referring primarily to the former Yugoslavia), the possibility of introducing alternative sources is a good deal of the story, without any serious activity in practice. For the exploitation of alternative sources in generally a minimum of preconditions are not in place. The implementation of concrete projects needed to accomplish a number of assumptions. Usually this is done on the basis of clearly thought out strategy, with detailed action plan. In the Region, a huge number of strategic documents were developed for the most diverse areas. It is open question how realistic documents are? It seems not too realistic, because in the Region there is almost no or a strategy (for any area of work and activities), which was conducted in a satisfactory framework. The reason for this is almost an everyday practice that in strategic documents we often put the more ambitious goals than those who work on these issues systematically. In the rule strategic documents are not following the operation plans for their implementation. I did not hear for any feasible plan of operation. The question is why? Is the problem in the unrealistic and unenforceable strategy as they are or the problem is in the ignorance of the procedures for implementation? The truth is as always somewhere in the middle. Exploitation of alternative energy sources is particularly important, but also a sensitive issue. There will need additional knowledge and wisdom to take advantage of available resources in a socially useful way. The paper analyzes the possibilities of using alternative energy sources in terms of contribution to overall social development, respecting necessary institutional, organizational, legal and financial requirements for implementation. Emphasis is also given to the relationship between the exploitation of alternative energy sources and energy efficiency in the spirit of the challenges of globalization and new local business opportunities. The paper tries to answer these questions based on experience gained in similar processes in other areas with the proposal "of a strategy for the development of strategies and operational plans" to use alternative energy sources as soon become a reality. Keywords: Strategy development, Implementation plans 189 THIRD GENERATION OF SOLAR CELLS: COST-EFFECTIVE ALTERNATIVE TO SILICON Hristina Spasevska, Tanja Ivanovska Faculty of Electrical Engineering and Information Technologies, Ss Cyril and Methodius University, Skopje, Republic of Macedonia Abstract: The world energy consumption is rising, which makes the limitations of fossil fuels more and more apparent. This is certainly one reason that the market of photovoltaics is one of the fastest growing, despite the fact that the production of conventional silicon solar cells, with conversion efficiency of 15% is expensive. Also there is high energy consumption during fabrication and the economic payback time is long, due to the elaborate processes that are involved in their production. A possible alternative on silicone solar cells are third generation of solar cells like dye sensitized solar cell based on TiO2, which are considered as a promising technology having the potential to significantly decrease the costs of solar energy. At the moment these solar cells with a liquid electrolyte are achieving 11% efficiency. They have attracted considerable interest on the scientific and production community due their low-energetic production cost and low-cost raw materials, which offer the perspective of very low-cost fabrication. Also, their deposition doesn’t demand application of extremely sophisticated technologies, as in the case of silicon solar cells and they can be incorporated in present industrial processes. Kay Words: solar cells, third generation, titanium dioxide INTRODUCTION Photovoltaics (PV) represent the technological future for the sustainable energy supply system in the world. A considerable amount of money is invested in research, development and demonstration. Several governments set up substantial market introduction programs and industry invests in larger production facilities. This situation is however somewhat strange because of the expensive photovoltaic electricity in comparison to the conventional grid electricity [1]. The PV design that dominates the market today is the polycrystalline silicon solar cell. This type of solar cell has high efficiencies. Solar cells made of high quality silicon have solar conversion efficiency of 15%, but consequently the expensive manufactur- 190 ing process and raw material result in long payback period. The market share (mate- rials prices, availability, and consumption) of energy during production, as well as the production process are all factors that determine the economic threshold for the electricity price. Consequently there are a lot of ways in which to approach the problem of reducing the price. The most obvious and important are [1]: Usage of less semiconductor material by making thinner cells or use less expensive semiconductor materials. These tend to be less pure and less perfect. Improvement of solar cell performance with less expensive, less perfect semiconductors, even with this poorer material try to keep a high production yield, that is, reduce the number of cells or modules rejected by the quality control. Increasing material utilization by reducing waste in semiconductor and cell fabrication. Increasing speed and throughput of manufacturing processes Simplifying processing steps (this reduces fabrication costs and increases the yield) and reduce equipment costs. In order to achieve bigger utilization of solar energy through use of PVs one does not only have to think about cost-efficient solar cells, but also a low cost efficient system including mounting, hardware, power conditioning electronics, fuses, cables, storage and tracking. PV modules contain various high value materials which in many cases can be economically recovered. Indeed, materials shortages, a notable example coming from silicon, can limit growth in the industry and increase prices. Recycling is therefore one option that can ease materials supply constraints. Research into module recycling started at an international level at the beginning of the 1990s, with companies like AEG and successors, Pilkington Solar International GmbH, BP Solar, Siemens Solar, Soltech, Solar Cells Inc., a precursor to First Solar, and institutes such as AIST, Japan and BNL, USA, all getting involved [2]. STATUS OF PHOTOVOLTAIC TECHNOLOGIES The current production of PVs is mainly based on crystalline silicon modules including both mono and poly crystalline. This production represents 94% of the solar cell market. The devices based on silicon buffers represent the first generation of photovoltaic technology [3]. These are relatively simple semiconductor devices which are mainly produced with the screen printing technique with limited theoretical maximum efficiency. The ideal solar cell under standard testing conditions (AM1.5, P = 191 1000W/m2, T = 25°C) converts about 30% of the irradiated sun light in to electrical energy. The new production technologies of these solar cells promoted by companies such as BP Solar, Sanyo, Sharp, Q-Cells, Kyocera and Sunpower, are pushing the limits of the efficiency of the commercial mono-crystalline solar cells to 18-21%. These figures show potential for reducing the cost of the power produced with these cells ($/W), but the manufacturing process of the solar cells is still a very expensive and energy consuming. Never the less mono-crystalline solar cells still represent 63% of the global PV market including the cells with lower efficiency and lower prices. The second generation of PVs is represented by solar cell technologies that have optimal conversion efficiencies and potentially lower cost of material and production, then the crystalline silicon. These solar cells are simple devices that should use less material and still maintain efficiency of the first generation. The cells from the second generation are made of amorphous silicon (a-Si), CuIn(Ga)Se2 (CIGS), CdTe/CdS(CdTe) of polycrystalline silicon deposited on cheap substrates. These cells are very attractive because the constructing materials such as CdTe, CIGS and a-Si absorb the solar spectrum more efficiently than crystalline silicon and also use a smaller quantity of the material. Scientific research in recent years has shown that some of these technologies have great potential considering the production expenses and their efficiency. In laboratory conditions CdTe have 16.7% and CIGS 19.6% conversion efficiency [4]. Unlike the highly sophisticated technology and manufacturing procedure for the silicon PVs, the thin film production lines and technologies are based on individual experiences and innovations. That is in fact one of the main differences between the first and second generation of PVs. Although the expansion of the second generation PVs is slow they are decreasing the expenses of the PV production ($/W). THIRD GENERATION OF SOLAR CELLS The third generation solar cells are generally based on the thin film technology. The main concept is great efficiencies on available, nontoxic and endurable materials, containing a wide range of potential materials and concepts such as polymer, nanocrystalline and dye-sensitized solar cells. It is considered that reducing the production price was managed with reducing the thickness of the active material from the second generation and alternative change of the substrate. Decreasing the production expenses ($/Wp) can be done by using multijunction devices with thin films that increase the efficiency of the cell deposited on cheap substrates or by using nanostructured material layers that considerably increase the active surface [3]. This means that new production capacities will be incorporated in already existing solar cell technologies or 192 industrial lines with some modification which will visibly reduce the production price of the third generation PVs. Figure 1. Future scenarios of PV module price in regard to cumulative production [5] Another key aspect for reducing the price is the development of the market. Figure 1 shows the change of the PV price with the change of the PV market. With the increasing of the production rate and the demand for crystalline silicon PVs, the price started to decrease. Although it is difficult to predict the developing and ever changing economy and market, it is estimated that production cost for silicon panels will stabilize at 1-1,50 $/Wp in the next 10 years. DYE SENSITIZED SOLAR CELLS BASED ON TIO2 One of the possibilities for reducing the price of the solar cell device is utilization of lower quality materials, as well as simplification of the manufacturing processes which should inevitably lead to incorporation in existing industrial facilities. Alternative concept that enables this is the so called three-dimensional nanostructured solar cell. This type of solar cells i.e. Gratzel's cells was invented by Gratzel and his coworkers in 1991. These cells called dye-sensitive solar cells [6] are currently one of the most serious candidates that can replace the silicon solar cell. The original Gratzel cell is constructed of glass substrate deposited with transparent conductive fluorine doped tin dioxide SnO2:F (FTO), mesoporous film of titanium dioxide (TiO2), sensitive dye, an electrolyte and a glass covered with metal counter electrode. The mesoporous TiO2 film is deposited on top of the transparent anode with a simple “droctor blade” technique. Then the TiO2 film is immersed in dye solution. The mesoporosity of the film is enabling the film to have an effective surface many 193 orders of magnitude greater than the macroscopic surface of the film. The dye molecules covalently bond to the TiO2 film creating a large active surface. After attaching the counter electrode the space between the two electrodes is filled with electrolyte (iodide) and the cell is sealed [7]. The research development in dye senzitive solar cells has taken two directions. The first one is to consider different materials with specific electrochemical properties which will lead to higher efficiency. In the decade after the original publication, the record efficiency for the Gratzel cell under AM1.5 illumination increased from 7.1% to ~10%, but in the subsequent decade efficiency has only increased to 11.5%. Largely, the recent gains in efficiency have been the result of better cell engineering. Indeed, from a chemical perspective, the best-performing modern cell it is very similar to the original cell: the best photoanode is still mesoporous TiO2; the best dye is still a ruthenium polypyridyl coordination complex; and the best electrolyte (the cell component that shuttles the electron through the solution phase of the cell) is still I−/I3−. One could argue that, in its current manifestation, the Gratzel cell is close to fully optimized and any further efficiency gains that might be achievable by changing one component of the cell at a time would probably be modest [7]. The second one is to use materials that will improve not only the efficiency of the cell but also the long term atmospheric stability with changing the liquid electrolyte with a solid state one. The field of photovoltaic cells made an enormous progress with the use of nanostructured thin films. This cell model is based on a system of p-type and n-type semiconductor films with nanometer dimensions, which form a large interconnecting surface. These low-cost solar cells can be made out of nanostructured inorganic semiconductors or hybrid systems (organic and inorganic nanostructured materials). Recent research has been oriented toward deposition and characterization of inorganic, nanostructured three-dimensional solid state solar cells. These 3D nanostructured solid-state solar cells are low-cost photovoltaics, which are considered as a promising technology having the potential to significantly decrease the costs of solar energy. They have attracted considerable interest in the scientific and production community due their low-energetic production cost and low-cost of the raw materials, which offer the perspective of very low-cost fabrication. Also, their deposition does not ask for application of sophisticated technologies, as in the case of silicon solar cells, and they can be integrated in present industrial processes. These solar cells are comprised of an interpenetrating network of n-type and p-type nanostructured semiconductors. The concept of this so called solid state dye sensitized solar cell is the same as the original. On top of the FTO glass substrate, a compact TiO2 film is deposited in order to ensure that the light absorbing material doesn't have any contact with the FTO which would short circuit the cell. On top of the compact TiO2 the mesoporous TiO2 film is deposited. The light absorber and hole transport layer is CuInS2 (CIS) film deposited inside the pores of mesoporous film of TiO2. So 194 the dye and the liquid electrolyte are replaced with one material with dual role. A buffer layer of In2S3 is deposited between the mesoporous TiO2 and the CIS film. Performances of the solar cells should be sensitive on the size of the used TiO2 particles, the thickness of the nanostructured TiO2 and CIS thin films and effectiveness i.e. structure of the buffer In2S3 layer. The simplicity in the construction of this type of solar cells, that are also very cost effective, considering the materials that are being used are found in bulk and are inexpensive, is also in the deposition technique that is being used for deposition of the films. These films are being deposited with spray deposition or ultrasonic spray deposition of a precursor solution which requires only a constant flow or pressure (depending on the nozzle and the spraying system) and ultimately does not consume a great amount of energy as the working temperatures of the film burning are 450-500°C, as oppose to the monocrystalline silicon procedures of 800-1200°C or CdTe of around 500-600°C [9]. The cells proposed in this paper are TiO2/CIS solid state dye sensitized solar cells prepared with the technique of Ultrasonic Spray Pyrolysis Deposition (USPD). USPD is based on atomizing the liquid precursor solution which descends on a heated substrate and chemically reacts with the substrate to form the required chemical compound. The precursor solution was loaded in to a syringe and it was distributed to the piezoelectric atomizing nozzle, with syringe pump NE-1000 programmed to keep a constant flow. Liquid atomization was achieved with Sonozap ultrasonic generator with an atomizing nozzle 130K50ST (Figure2). The ultrasonic nozzle is connected to a generator (atomizer) which generates a high frequency electrical signal. The active elements in the nozzle convert this signal from electrical in to mechanical vibrations with the same frequency. In this way the precursor solution is dispersed in to small droplets that gently fall on to a perpendicularly positioned heated substrate. The distance between the nozzle and the substrate was 20 cm. The USP deposition is very sensitive on the atomizer power and the distance of the deposition elements (nozzle and substrate). 195 Figure 2. Schematic structure and operation of ultrasonic spray nozzle mode and deposition of thin film by spray pirolysis [10] The vibration amplitude of the atomizing surface has to be carefully controlled since only in a small range of magnitudes the atomizer power is ideal for atomization of the liquid. The atomizer power depends on several input parameters such as nozzle type, solution characteristics such as viscosity; flow velocity etc [11]. The optimal size of the precursor solution droplets depends on the ultrasonic frequency [12]. The higher the frequency, the smaller the droplet is. The functionality of this deposition method strongly depends on the distance between the substrate and the atomizing surface and the substrate temperature. At optimum deposition mode the solution vaporizes as the droplet approaches the substrate, and the solid melts and vaporizes. Then the solid vapor diffuses to the substrate to undergo a heterogeneous reaction. The vaporization of the solution compounds leads to gas-phase diffusion onto the substrate [10]. In order to ensure uniform deposition N2 carrier gas flow of 10 l/min was used. The cells prepared had the structure as shown at Fig 3. On top of the fluorine-doped tin oxide-coated glass with dimensions 1×2,5 cm, a compact anatase TiO2 film was deposited. The thickness of the film should be between 50 ÷ 200 nm to avoid contact with the CIS film and the FTO. The compact film was deposited with USP using a precursor solution of TAA- Diisopropoxy titanium bis (acetylacetonate) in ethanol with different concentrations. The flow velocity was kept at 60 ml/h and the atomizer power was 72%. The thickness of the film depends on the concentration and the deposition time. The films were deposited on heated glass substrates at 450°C and left to burn on the plate for 1 hour. The second step was annealing the films in furnace for 1 hour at 500°C. The ramp rate of 196 the furnace has to be very low in order to ensure slow burning and avoid cracking the glass substrate. Figure 3. Structure of a TiO2/CIS solar cell After spontaneous cooling to room temperature the mesoporous TiO2 film was deposited with "doctor blade" technique. For this film commercial Solaronix paste was used and the thickness of the deposited layer was varied from 2 ÷ 9 m in order to achieve best performance of the device. The thicker the film is the bigger the contact surface between the film and the dye is. The nanocrystalline paste was annealed for 30 minutes at 450°C slowly with a step of 50°C/5 min. The intermediate blocking In2S3 film with thickness of approximately 60 nm was also deposited with USP. The flow velocity was 60 ml/h at 63% atomizer power. The deposition temperature was 350°C, afterward the films were annealed at 500°C for 1 hour. The CIS hole conducting film was also deposited with USP with solution velocity of 60 ml/h and atomizer power of 63%. The film had thickness from 0.5 ÷ 1.5 m depending on the deposition time. The deposition temperature was 350°C and the film was left on the plate for 1 hour. On top of the CIS film gold contacts were deposited. CONCLUSIONS Crystalline PV technologies still have a market share of more than 90% in Europe and even as this decreases, the total recycling load will remain proportionately dominated by crystalline modules over the coming decades. Though the market share of thin-film technologies remains relatively small, led by CdTe and CIS type modules, it is expected to grow dramatically over the coming 197 years. The proportion of thin-film technologies in newly installed systems is expected to increase to at least 20%–30% by 2020. Even newer technologies, such as pigmentbased cells, are also forecast to grow to form a significant share by 2020. The concept of all inorganic 3D nanocomposite TiO2/CInS2 solar cell is a cost effective solution that is simple to manufacture with the USP and is promising bigger efficiencies with future research and improvement. While the major constituents of the active medium of most thin-film products, indium and tellurium, are not particularly rare elements, both are obtained as by-products of metals production, copper and zinc respectively, supply and demand may still critically affect potential growth. The semiconductor layer is normally less than 1% of the module composition for thin-film technologies. Power supply in the whole region of South - East Europe is insufficient and this problem is foreseen to come at a critical point in the next period for developing countries, especially for Balkan’s countries. There are not enough possibilities for energy supply from neighboring countries, so all the efforts should focus on reinforcement of environmental compatible domestic energy resources and exploitation of renewable energy sources. Because conditions in the region are rather favorable for the exploiting of solar energy (thermal and photovoltaic) it is very important to create a medium and long term plan for development of industrial and scientific sectors related to the solar energy. Also, implementation of new technologies and processes for solar energy production is a solution of the energy arising nowadays and it becomes a key priority of the governments. The global intention is to find alternatives which will replace the conventional energy sources but still be a gainful choice. REFERENCES [1.] Luque A., Hegedus S., Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex, 2003. [2.] http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2009/04/light-cycle-recycling-pv-materials [3.] Bagnall D.M., Boreland M., Energy Policy 36, 2008, pp. 4390–4396 [4.] Green M. et al, Prog. Photovolt: Res. Appl., 19, 2011, pp.84–92 [5.] Surek T., Progress in US photovoltaics: Looking back 30 years and looking ahead 20. Learning, 2002, pp.90 [6.] Gratzel M., “Photoelectrochemical cells”, Nature 414, 338, 2001 [7.] Poortmans J., Arkhipov V., Thin Film Solar Cells Fabrication, Characterization and Applications, John Wiley & Sons Ltd, West Sussex, 2006 [8.] Elliott M., Michael C., Nature Chemistry, Volume 3, 3, 2011, pp. 188-189 [9.] V. M. Fthenakis, H. C. Kim, E. Alsema, Environ. Sci. Technol. 42, 2008, pp. 2168–2174 [10.] Lee Y., Kim H., Roh Y., Jpn. J. Appl. Phys, Vol 40, 2001, pp. 2423-2428 [11.] Nakaruk A., Ragazzon D., Sorrell C.C., Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 88, 2010, pp. 98– 101. [12.] Chapron D., Girtan M., Pommelec J.-Y. Le, Bouteville A., J. of Optoelectronics and Adv. Mat., 9, 2007, pp. 902 – 906. 198 SUSTAINABLE TECHNOLOGY AND ALTERNATIVE ENERGY SOURCES IN THE FOOD INDUSTRY V. Srebrenkoska1, M. Van Acker2, M. Jasić3, E. Fidancevska4, R. Grujić5 1 University Goce Delcev - Stip, Faculty of Technology, R.Macedonia, 2Katholieke Hogeschool Sint-Lieven – Gent, Belgium, 3Tuzla University, Faculty of Technology - Tuzla, Bosnia and Herzegovina, 4University Ss Cyril and Methodius, Faculty of Technology and Metallurgy - Skopje, R.Macedonia, 5University of East Sarajevo, Faculty of Technology - Zvornik, Bosnia and Herzegovina Abstract: Increasing population and living standards as well as the practice of engineering cause the consumption rate of materials to grow. Finding ways to use materials more efficiently is a prerequisite for a sustainable future. Design for environmental sustainability is the long-term view: from adaptation to a lifestyle that meets present needs without compromising the needs of future generations. Technology plays a very important role in sustainable development because it is one of the most significant ways in which we interact with our environment, we use technologies to extract natural resources, to modify them for human purposes, and to adapt our man-made living space. Sustainable agriculture and food production combines the goals of environmental and economic health and social equity. Sustainable technologies use less energy, fewer limited resources, do not deplete natural resources, do not directly or indirectly pollute the environment, and can be reused or recycled at the end of their useful life. Key Words: environmental sustainability, sustainable development, sustainable technologies, food production. INTRODUCTION The rapid increase of human activities since the industrial revolution caused that huge quantities of resources and energy have been consumed in relatively short time. That mass consumption and the large production has significant influences on the earth’s ecology, exhausting non-renewable resources and causing some environmental problems by polluting the air, water and soil. The current pattern of unsustainable, inequitable and unstable asymmetric demographic and economic growth has forced many segments of society to come together in facing a critical challenge: how can societies across the world meet their current basic human needs, aspirations and desires, without compromising the ability of future generations to meet their own needs? The development path, in the past few centuries, has been ultimately detrimental to the health of our surrounding ecological context. We are consuming an increasing share of the natural resources available to us on this planet, and we are creating sufficiently 199 large amounts of waste and pollution such that the earth can no longer assimilate our wastes and recover from the negative impacts. This is a result of a growing population as well as new technologies which make it easier for us to access natural resources and also require the consumption of more resources [1]. Technology plays a very important role in sustainable development because it is one of the most significant ways in which we interact with our environment; we use technologies to extract natural resources, to modify them for human purposes, and to adapt our man-made living space. It is through use of technology that we have seen drastic improvements in the quality of life of many people. Unsustainable technology has been the result of linear rather than cyclic thinking. The paradigm shift from linear to cyclic thinking in technological design is the crux of the shift from unsustainability to sustainability. Sustainable development offers a new way of thinking which is connected with human requirements to improve our quality of life taking in account the limitations imposed on us by our global system. It requires unique solutions for improving our situation but without degrading the environment and the well-being of other people. Although there is no general agreement regarding the precise meaning of sustainability, most interpretations and definitions of the term "sustainable" refer to the viability of natural resources and ecosystems over time, and to the maintenance of human living standards and economic development [2]. Тhe industrial engineering consumes of materials and is dependent on a continuous supply of them. Increasing population and living standards cause the consumption rate to grow - something it cannot do forever. Finding ways to use materials more efficiently is a prerequisite for a sustainable future. Recent global attention to the issues and challenges of sustainable development is forcing industries to conduct selfassessments to identify where they stand within the framework for sustainability, and more importantly, to identify opportunities, strategies and technologies that support achieving this goal. Design for environmental sustainability is the long-term view: that of adaptation to a lifestyle that meets present needs without compromising the needs of future generations. The time-scale is measured in decades or centuries and the adaptation required is much greater [3]. Sustainable engineering is the process of using energy and resources at a rate that does not compromise the natural environment, or the ability of future generations to meet their own needs [4]. This is the time where people try to reach sustainable development through to achieve zero landfill status, minimize storm water discharge and pollutant loadings into protected waters of the state, reduce energy consumption, and attempt to create self-supporting infrastructures. Considering the costs of energy, inefficiency of generating waste, the sustainable development is something for what in the future will need to focus on. Many of the critical environmental problems we face today are related to water, energy food security and waste. These involve low tech solutions which are available now and can be applied immediately; information on these technologies can be distributed broadly using electronic networks. 200 SUSTAINABLE TECHNOLOGY AND NATURAL ENVIRONMENT There are a lot of possibilities to reduce the environmental burden of industrial production exist. For example, optimization of the environmental performance through good housekeeping, total quality management, application of end-of-pipe techniques, recycling of wastes, non-renewable products substitution or adaptation clean technological innovations. Clean technology is the most important factor for economic growth of industries and it seems to play a main role not only in the idea of cleaner production, but also in sustainable development. The development of clean technology seems to be the main factor of company’s strategy. Each companies, which want to reach the competitive position on the market and want to be environmental friendly should compile the strategy of technology. The risk of initiation a strategy of technology may be limited across accumulating, processing and using in decision making process information about techniques, products, machines, capital and human resources and environmental parameters. The basic actions of preparation of technology’s strategy contains a recognition of all using technologies in company and an identification of all components of technology, which are being with object of scientific investigations. Analyzing of all components of technology is very important. It helps in the selection of suitable techniques of production, which should guarantee established productivity, quality of realized processes and allows to manufacture ecological products. The initiation of the new technology is very expensive process, however in long period of time, technology is one of main factors, which influences on quality of products. The better quality of products causes not only the growth of competitiveness, but what is more, it influences on the productivity of process, as a result that the modern technologies influence on shortening the duration of the production cycle and increasing the number of products. The rate of technology innovation depends on modernity of technology and it can be improves by the transfer new kinds of technologies, which is developed in recent years. In practice, a technology and realization of technological processes is in exact relationship from elements of working and natural environments. Steering of technological processes cannot be realized without consideration of all settings in company processes and external environment [5]. Because of the fact that the process technologies should be carried out from a cleaner production point of view, the development of sustainable technology should be based on the general cleaner production aims. The technological process, which based on clean technology should tend to reducing or minimizing the amount of: ‐ ‐ ‐ ‐ resources consumed; waste and emissions generated; the hazards of the waste and emissions generated (mainly by usage substitution of input materials); the risk of accident or malfunction. Cleaner production is defined as the continuous application of an integrated preventative environmental strategy to processes and products to reduce risks to humans and the environment. For production process, cleaner production includes conserving raw materials and energy, eliminating toxic raw materials and reducing the quantity and 201 toxicity of all wastes. Successful application of cleaner production in companies depends on property management, maintenance, adequate infrastructure and training of people [4,5,6]. The minimization of waste and emissions and reductions in material and energy inputs are the most important environmental aims. Sustainable technological development and innovations do not automatically lead to total reduction of environmental burden of industrial production. However, technological innovation is an important factor and seems to play a central role in the long-term initiation of cleaner production. FOOD PRODUCTION AND RENEWABLE ENERGY Large areas of land worldwide have been converted for agricultural production. The increasing use of technology, fuels, and chemicals has dramatically increased crop production, but has also created the chronic agricultural impacts. Sustainable agricultural combines the goals of environmental, economic and social equity. In order to ensure sustainable productivity of food, these are some basic set of objectives and approaches for achieving sustainability [7,8]: ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 202 Land remains the paramount resource base for all societies and is one of the universal forms of wealth. The cultural landscape that develops in any location strongly reflects the character and quality of this land. Land and quality soils are a finite resource; the overuse of soils is a long-term form of degradation, and recovery takes long time periods. No matter what the circumstance, land will continue to provide the primary base from which human sustenance is derived. The prime agricultural lands have already been developed in virtually all countries. The recent rate of land conversion has been intense; more land has been converted to cropland since1945 than in the eighteenth and nineteenth centuries combined. The remaining land may support agriculture, but will not be as productive. The development of additional lands for agricultural purposes will require substantial investments to increase soil fertility, make water available, drain excess water, irrigate, and control erosion. Climate change will, in ways unknown, change the extent and distribution of land suitable for agricultural production, requiring shifting patterns of crop production. Traditional agricultural systems, some of which were sustainable, are disappearing. Non-fossil-fuel inputs (e.g. water, phosphorus) for industrial agriculture are also finite and should be managed with care. ‐ ‐ The trend of global economic development is toward an increasing global interdependence in food and energy; markets for food are global, making it routine for food commodities to be transported large distances relative to where they were grown. Lack of money coupled with high population density encourages exploitation of land and increases pressure to produce exports, thereby creating unsustainable conditions. Sustainable farming practices also view the land as a system, incorporating soil type, climate, invasive species and other pests, topography, and climate into an understanding that allows site-specific decision that are the best fit. The following general principles can be used as a guide when selecting appropriate management practices. ‐ ‐ ‐ ‐ The selection of species and varieties well suited to a farm site will match crops to soil and foster better growth and pest resistance. The diversification of crops (including livestock) and cultural practices to enhance the biological and economic stability make the system-diversified farm ecologically resilient and support more biodiversity. Optimal levels of diversity may be achieved by integrating crops and livestock. Soil management to enhance and protect its quality recognizes soils as living systems; a healthy soil is the key to productivity over the long term. For the efficient and humane use of inputs in moving to sustainable farming practices, it is not enough to substitute a synthetic product for a natural one. It also means substituting a more complete scientific understanding for those synthetic or conventional inputs. Some resources which are uses, by definition are unsustainable and our dependence on fossil fuels is a good example. Fossil fuels are the predominant energy source for humans, and their use has increased exponentially over the past 60 years. Fossil fuels (petroleum, coal, and natural gas) are finite resources, no longer being created by natural processes at a rate that would render them usable by humans. With innovation, it is possible to substitute one resource for another and, in many cases, to develop entirely new ways to meet our needs. The use of timber for fuel was changed by coal and oil about 150 years ago, and in the last two generations the nuclear energy capability was developed. These fuel sources, however, have heavy waste output, and the effects of pollution on humans and ecosystems have almost never been included in the equations of profit. Research on renewable energy is expanding rapidly and productively. Renewable energy is energy which comes from natural resources such as sunlight, wind, rain, tides, and geothermal heat, which are renewable (naturally replenished). 203 Most recently, the prospect of solar and wind energy, both renewable, promise for energy with minimal pollution. Geothermal and tidal energy are also potentially infinite and non-polluting. However, as long as traditional fuel resources remain profitable, there is little hope for a rapid conversion to cleaner or renewable fuel sources. Biomass, a renewable energy source, is biological material from living, or recently living organisms, such as wood, waste, (hydrogen) gas, and alcohol fuels. Biomass is commonly plant matter grown to generate electricity or produce heat. In this sense, living biomass can also be included, as plants can also generate electricity while still alive. The most conventional way in which biomass is used, however, still relies on direct incineration. Forest residues, for example (such as dead trees, branches and tree stumps), yard clippings, wood chips and garbage are often used for this. However, biomass also includes plant or animal matter used for production of fibers or chemicals. Biomass may also include biodegradable wastes that can be burnt as fuel. It excludes such organic materials as fossil fuels, which have been transformed by geological processes into substances such as coal or petroleum. Industrial biomass can be grown from numerous types of plants, including hemp, corn, poplar, willow, sugarcane and a variety of tree species, ranging from eucalyptus to oil palm (palm oil). The particular plant used is usually not important to the end products, but it does affect the processing of the raw material. Although fossil fuels have their origin in ancient biomass, they are not considered biomass by the generally accepted definition because they contain carbon that has been "out" of the carbon cycle for a very long time. Their combustion therefore disturbs the carbon dioxide content in the atmosphere. Biochemical conversion makes use of the enzymes of bacteria and other micro-organisms to break down biomass. In most cases micro-organisms are used to perform the conversion process: anaerobic digestion, fermentation and composting. Other chemical processes such as converting straight and waste vegetable oils into biodiesel are trans esterification. Another way of breaking down biomass is by breaking down the carbohydrates and simple sugars to make alcohol. However, this process has not been perfected yet. Scientists are still researching the effects of converting biomass. Using biomass as a fuel produces air pollution in the form of carbon monoxide, NOx (nitrogen oxides), VOCs (volatile organic compounds), particulates and other pollutants, in some cases at levels above those from traditional fuel sources such as coal or natural gas. Black carbon - a pollutant created by incomplete combustion of fossil fuels, biofuels, and biomass - is possibly the second largest contributor to global warming. On combustion, the carbon from biomass is released into the atmosphere as carbon dioxide (CO2). The amount of carbon stored in dry wood is approximately 50% by weight. When from agricultural sources, plant matter used as a fuel can be replaced by planting for new growth. When the biomass is from forests, the time to recapture the carbon stored is generally longer. Biofuels are a wide range of fuels which are in some way derived from biomass. The term covers solid biomass, liquid fuels and various biogases. Biofuels are gaining increased public and scientific attention, driven by factors such as oil price spikes, the 204 need for increased energy security, concern over greenhouse gas emissions from fossil fuels, and government subsidies. Liquid biofuel is usually either bioalcohol such as bioethanol or oil such as biodiesel. Bioethanol is an alcohol made by fermenting the sugar components of plant materials and it is made mostly from sugar and starch crops. With advanced technology being developed, cellulosic biomass, such as trees and grasses, are also used as feedstocks for ethanol production. Ethanol can be used as a fuel for vehicles in its pure form, but it is usually used as a gasoline additive to increase octane and improve vehicle emissions [9]. Biodiesel is made from vegetable oils, animal fats or recycled greases. Biodiesel can be used as a fuel for vehicles in its pure form, but it is usually used as a diesel additive to reduce levels of particulates, carbon monoxide, and hydrocarbons from dieselpowered vehicles. Biodiesel is produced from oils or fats using transesterification and is the most common biofuel in Europe. CONCLUSION The minimization of waste and emissions and reductions in material and energy inputs are the most important environmental aims. Sustainable technological development and innovations do not automatically lead to total reduction of environmental burden of industrial production. However, technological innovation is an important factor and seems to play a central role in the long-term initiation of cleaner production. Sustainable development and idea of cleaner production is a central target in environmental science and plays a key role in the growth of global economies. Therefore, modern industrial and manufacturing food companies should apply technologies designed to minimize pollution and use of finite resources. These technologies tend to improve the global environment and humans life. REFERENCES [1.] M. Spilka, A. Kania, Application of the sustainable materials technology model, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 18 (2006) 427-430. [2.] A. Kania, M. Spilka, Optimization as an alternative in search of sustainable technological processes, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 17 (2006) 413-416. [3.] M. Getzner, The quantitative and qualitative impacts of clean technologies on Employment, Journal of Cleaner Production 10 (2002) 305-319. [4.] W. Shramm, R. Hackstock, Cleaner technologies in the Fourth Framework Programme of the UE, Journal of Cleaner Production 6 (1998) 129-134. [5.] R. Babilas, B. Krupieska, D. Szewieczek, The optimization of a technological process forms a competitive position of the factory, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 16 (2006) 177-183. [6.] M. Hale, Training for environmental technologies and environmental management, Journal of Cleaner Production 3 (1995) 19-23. [7.] B. Allenby, Clean production in context: an information infrastructure perspective, Journal of Cleaner Production 12 (2004) 833-839. 205 [8.] F. A. Vollenbroek, Sustainable development and the challenge of innovation, Journal of Cleaner Production 10 (2002) 215-223. [9.] J.S. Baldwin, P. M. Allen, B. Winder, K. Ridgway, Modelling manufacturing evolution: thoughts on sustainable industrial development, Journal of Cleaner Production 13 (2005) 887-902. ODRŽIVE TEHNOLOGIJE I ALTERNATIVNI IZVORI ENERGIJE U PREHRAMBENOJ INDUSTRIJI 1 Srebrenkoska V., 2Marc Van Acker, 3Jasic M., 4Grujić R., 5Fidancevska E. 1 Tehnološki fakultet Univerzitet Štip, Makedonija 2 Katholieke Hogeschool Sint-Lieven,Belgium 3 Tehnološki fakultet Univerziteta uTuzli,BiH 4 Tehnološki fakultet Univerzitet Skopje, Makedonia, Makedonija 5 Tehnološki fakultet Univerzitet Istočno Sarajevo, Zvornik, BiH Sažetak: Prehrambena industrija u praksi koristi velike količine materijalnih dobara pa je ovisna od kontinuiteta snabdevanja tim dobrima. Održive tehnologije u prehrambenoj industriji uključuju procese i sisteme u korištenju sirovina, materijala, uređaja i tehnika koje koje omogućavaju zaštitu od zagađenja životne sredine. U ovom radu dat je kratak pregled širokog spektra tehnoloških pitanja na industrijskom nivou, uz naglašavanje potrebe za integrisanim pristupom i razumevanjem različitih komponenti održivog sistema u prehrambenoj industriji. Održive tehnologije u prehrambenoj industriji baziraju se na konceptu korištenja manje energije, bez iscrpljivanja prirodnih resursa, a da direktno ili indirektno ne zagađuju životnu sredinu. Prema konceptu tehnološke održivosti, materijalna dobra treba da se mogu ponovo koriste ili recikliraju na kraju njihovog korisnog vijeka trajanja. Eko-efikasnost resursa u industriji hrane zahtijeva korištenje obnovljivih izvora energije, a u cilju samnjenja korištenje foslnih izvora. U tu svrhu posebno su pogodne solarna energija, energija vjetra, geotermalna energija te enrgija iz biogoriva koji se dobija iz otpada prehrambene industrije. Za sada takvi sistemi često imaju visoke kapitalne troškove. Međutim, projektovanje ekološke održivosti je dugoročna vizija koja treba da se prilagođava životnom stilu, uz zadovoljavanje potreba sadašnjih i bez ugrožavanja potreba budućih generacija. Tehnološki razvoj će biti održiv, ako uzima u obzir socijalne, ekološke kao i ekonomske faktore. Održiva poljoprivreda i proizvodnja hrane kombinuju ciljeve zaštite životne sredine, ekonomske održivosti kao i socijalne jednakosti. Ključne riječi: održiva tehnologija, energija, prehrambena industrija 206 TERMOELEKTRIČNI EFEKT I ISKORIŠĆENJE TOPLOTNIH GUBITAKA Siniša M. Vučenović1, Jovan P. Šetrajčić2,* 1Univerzitet u Banjoj Luci, Prirodno-matematički fakultet, Studijski program Fizika, Republika Srpska – BiH, 2Univerzitet u Novom Sadu, Prirodno-matematički fakultet, Departman za fiziku, Vojvodina – Srbija, * Akademija nauka i umjetnosti Republike Srpske,Republika Srpska – BiH Apstrakt: U radu je izložena ideja korišćenja termoelektričnog efekta radi poboljšanja efikasnosti rada toplotnih postrojenja. Ova postrojenja koja bi za radnu sredinu koristila čvrstu kristalnu fazu i pomoću termelektričnog efekta generisala električnu energiju iz toplotne, imaju tehnološku prednost jer ne sadrže nikakve pokretne dijelove podložne kvarovima. Ideja je jedinstvena i primjenljiva na toplotne sisteme svih veličina, čak i pri veoma malim temperaturnim gradijentima i relativno niskim radnim temperaturama. Termoelektrični fenomen u nekom materijalu predstavlja međusobno isprepletene električne i toplotne struje koje su, prema Videman-Francovom pravilu, srazmjerne. Predstavljeno je rješenje dvoelementnog termoelektričnog generatora, sačinjenog od serijski povezanih termoelemenata n i p tipa. Posebno pitanje je odabir materijala za termoelemente u zavisnosti od temperaturnog ranga korištenja. Prodiskutovan je uticaj kvantno-dimenzionog efekta na termičke karakteristike upotrebom ultratankih film-struktura. Ključne riječi: termoelektrični generatori, gubici toplote, savremeni materijali za termoparove, ultratanke film-strukture. UVOD Današnje tehnologije proizvodnje električne energije se baziraju velikim dijelom na mahanizmu rada toplotnih mašina, čiji rad počiva na osnovnim principima termodinamike. Toplotne mašine se u opštem slučaju sastoje od radnog tijela, koje se nalazi između toplijeg i hladnijeg izvora toplote. Čovječanstvo je bez obzira na činjenicu negativnih ekoloških faktora ovih tehnologija i dalje veoma zavisno od istih, koje primarno pri konverziji toplote u električnu energiju koriste fosilna ili nuklearna goriva, a zbog dobro poznatih opasnosti koje ovakve tehnologije neminovno nose sa sobom, ne prestaje potraga za čistim izvorima energije. Međutim, energetska glad će sigurno još dugo zadržati eksploataciju klasičnih toplotnih mašina i zbog toga današnja istraživanja generalno idu u dva pravca: 1) traženje načina konzervisanja proizvedene energije, što se u krajnjem svodi na istraživanje visoko-temperaturnih superprovodnih 207 materijala, koji bi bili osnova idealnih „baterija“ i 2) povećanje iskoristivosti već postojećih tehnologija baziranih na klasičnim toplotnim mašinama, uz poštivanje ekoloških faktora. U ovom radu ćemo dati pregled istraživanja na koji način bi se termoelektrične pojave mogle iskoristiti u pravcu povećanja faktora iskoristivosti postojećih toplotnih mašina. Uređaji koji koriste termoelektrične pojave za konverziju toplote u električnu energiju nazivaju se termoelektrični generatori. Termoelektrični generatori stvaraju električnu energiju iz fluksa toplote koja prolazi kroz termoelement. Toplota dolazi od nekog izvora, zatim prolazi kroz termoelement i predaje se hladnijem telu. Kritične komponente kod svih termoelektričnih uređaja su upravo one koje su zadužene za dovođenje toplote ka termoelektričnom uređaju i odvođenje toplote sa istog. Ova činjenica prirodno nameće ideju da se upravo proces termoelektrične generacije uvede kao dodatak već postojećim uređajima u cilju njihove optimizacije i povećanja koeficijenta iskorišćenja. Takvi uređaji mogu biti toplotni kotlovi, kondenzatori, radijatori, ili u opštem slučaju svi tipovi toplotnih izmjenjivača. Toplotni izmjenivači su uređaji koji prenose toplotu sa toplijeg fluida na hladniji kroz neku površ, koja se nalazi između ta dva fluida. Ova površ može biti izrađena u obliku ploče, cijevi ili zida. Komercijalna upotreba procesa termoelektrične generacije bi se mogla ostvariti na zidovima toplotnih izmjenjivača, jer bi se na ovaj način efikasno mogla iskoristiti tzv.“otpadna toplota“. Međutim, treba imati u vidu da dodavanje uređaja za termoelektričnu generaciju, kao suplement toplotnom izmjenjivaču, može imati uticaja na rad samog toplotnog izmjenjivača, te da bi u tom slučaju toplotni izmjenjivač za obavljanje istog obima posla mogao zahtijevati i dosta veće površi. TERMOELEKTRIČNI EFEKAT I SAVREMENI MATERIJALI Ako spojimo bilo koja dva različita materijala (tj. napravimo termo-element ili termopar) i njihove spojeve održavamo na različitim temperaturama doći će do pojave razlike električnih potencijala na kojima se nalaze ta dva spoja, tj. do generisanja električne struje unutar materijala. Napon otvorenog kola (ΔV), koji se stvara u određenom termo-elementu, proporcionalan je razlici temperatura ΔT na krajevima termo-elementa. Konstanta proporcionalnosti je koeficijent Seebeck-a ili termičke snage (S), i možemo napisati jednačinu za napon otvorenog kola: ΔV = S ΔT. (1) Osim koeficijenta termičke snage (S) postoje još dva parametara koji su karakteristika datog materijala, a od interesa su pri analizi termičkih gubitaka u termoelektričnim uređajima: koeficijent električne provodnosti (σ) i koeficijent toplotne provodnosti (λ). Ove tri veličine (koje su karakteristika nekog materijala) se često, radi jednostavnijeg prikaza, povezuju u jedan parametar (Z), koji se naziva i termoelektrični faktor prinosa: Z 208 S 2 . (2) Kako parametri σ, S i λ zavise od temperature, tako će i Z također biti funkcija temperature. Zbog toga se često termoelektrična efikasnost uređaja karakteriše bezdimenzionom veličinom termoelektričnog faktora prinosa ZT, gdje je T temperatura u kelvinima. Iz relacije (2) možemo zaključiti da će se maksimalne vrijednosti termoelektričnog faktora prinosa ZT (ili kraće ZT faktora) dobiti za materijale koji imaju maksimalne vrijednsti koeficijenta termičke snage (S) i koeficijenta električne provodnosti (σ), i minimalne vrijednosti koeficijenta toplotne provodnosti (λ). U tabeli 1 dat je pregled električne i toplotne provodnosti, kao i ZT faktora za metale (provodnike), izolatore i poluprovodnike. Kako dielektrici imaju relativno visoke vrijednosti koeficijenta termičke snage (S), ali u isto vrijeme i niske vrijednosti koeficijenta električne provodnosti (σ), dok metali imaju dijametralno suprotne karakteristike (niske vrijednosti termičke snage, a visoku električnu provodnost), proizilazi da su upravo poluprovodni materijali najbolji kandidati za termoelektrične uređaje, jer najbolje „balansiraju“ između poželjno velike električne provodnosti i male toplotne provodnosti. Tabela 1. Uporedne karakteristike električnih i toplotnih osobina, kao i ZT faktora u metalima, izolatorima i poluprovodnicima Metali Poluprovodnici Izolatori (dielektrici) S = 5 [μV·K–1] S = 200 [μV·K–1] S = 1000 [μV·K–1] σ = 108 [Ω–1·m–1] σ = 105 [Ω–1·m–1] σ = 10–10 [Ω–1·m–1] λuk = λreš + λel ≈ λel λuk = λreš + λel ; λel < λreš λuk = λreš + λel ≈ λreš λuk = 10 – 10 [W·m ·K ] λuk = 1 – 100 [W·m ·K ] λuk = 0,1 – 1 [W·m–1·K–1] ZT ≈ 10–3 ZT ≈ 0,1 – 1 ZT ≈ 10–14 3 –1 –1 –1 –1 Za postizanje visokih ZT faktora, potrebno je imati materijale sa niskom toplotnom provodnosti. U metalima glavninu toplotne provodnosti „nose“ elektroni, te da bi dobili ZT > 1, potrebno je imati vrijednosti Sebekovog koeficijenta termičke snage S > 156 [μV·K–1]. Do danas postignute najviše vrijednosti Sebekovog koeficijenta iznose 80 – 120 [μV·K–1] u legurama Ce i Pd, ali su te vrijednosti još uvijek nedovoljne za visoke vrijednosti ZT faktora [1]. Iako se još uvijek ne odustaje od metala, inžinjerski napori su usmjereni na materijale koji se za fonone ponašaju poput stakla, a za elektrone kao klasični kristali (PGEC – phonon glass electron crystall) [2]. Da bi ovi materijali imali male vrijednosti toplotne provodnosti, oni moraju imati značajno rasejanje fonona, što je direktno srazmjerno masi atoma, kompleksnosti kristalne strukture i velikim koordinacionim brojem. Trenutno se kao standardni materijal sa viskom vrijednosti faktora ZT, na sobnoj temperaturi, koristi nedopirani bizmut telurat (Bi2Te3), čija je vrijednost ZT = 0,6 pri T = 300 K. Pregled današnjih modernih materijala sa njihovim ZT vrijednostima dat je na slici 1. 209 Slika 1. ZT vrijednosti za današnje moderne p-tip (desno) i n-tip (lijevo) termoelektrične materijale (izvor „Design and discovery of highly efficient thermoelectric materials“, Jean-Pierre Fleurial, California Institute of Technology). Kao što se može vidjeti sa ove slike, današnji savremeni materijali u opsegu temperatura 100 – 1500 K daju maksimalne vrijednosti ZTmax ≈ 1, i vrijednosti ZT faktora vrlo rijetko prelaze ovaj maksimum. Za značajno veće vrijednosti faktora ZT potrebno je radikalno nov pristup i u tom pravcu se danas teorijski istražuju ultratanke film strukture kao materijali koji bi mogli dati rješenje ovog problema (o čemu će biti riječi u 4. paragrafu ovog rada). POLUPROVODNI TERMOELEKTRIČNI GENERATORI Tehnologija termoelektrane (TE) koja za radno tijelo ima čvrsto tijelo (solid state) se bazira na generisanju toplotne u električnu energiju na način koji ne zahtijeva nikakve pokretne dijelove. Ova vrsta tehnologije je samim tim u prednosti nad ostalim tehnologijama, koje u pretvaranju toplote u električnu energiju koriste uređaje kojima je periodično potrebno održavanje, a sama tehnologija je jedinstvena, jer se može primijeniti kao dodatak na klasične toplotne mašine, koje pri predaji toplote hladnom tijelu imaju negativnu pojavu tzv. „toplotnog otpada“ ili neiskorišćene toplote. Ova postrojenja se mogu koristiti na svim toplotnim mašinama, bez obzira na njihovu snagu i veličinu, te proizvoditi električnu energiju iz relativno malih temperaturnih gradijenata, u relativno niskim radnim temperaturama. U stvarnosti, u mnogim slučajevima, termoelektrična generacija predstavlja jedino sredstvo generisanja električne energije iz malih temperaturnih gradijenata. Termoelektrične pojave nastaju iz međusobno povezanih fenomena električnih i toplotnih struja u materijalu. U metalima su elektroni (pre)nosioci obe struje, dok se u mehanizme prenosa toplotne struje, ali i električne i toplotne otpornosti, pojavljuju fononi – kvazičestice koje predstavljaju kvante elementarnih ocilacija kristalne rešetke. 210 Jedna od predloženih varijanti termoelektričnog generatora koji se sastoji iz 2 elementa je prikazan na slici 2 i sastoji se od električno serijski povezanih termo-elemenata n i p-tipa, ali termalno paralelno povezanih između toplotnog izvora i hladnjaka. Električna veza u seriju je ostvarena pomoću provodnika kao na slici, koji su u idealnom slučaju dobri provodnici i električne struje i toplote45. Slika 2. Šematski prikaz termoelektričnog generatora sa 2 termoelementa n- i p-tipa Ključne komponente termoelektričnog uređaja su n- i p-tip termoelemenata, koji predstavljaju aktivne dijelove uređaja i koji zapravo vrše direktnu konverziju toplotne energije u električnu energiju. U opštem slučaju termoelektrični uređaji su obično građeni tako što se poveže veliki broj parova n-i p-tipa termoelektričnih elementa u električno serijsku i toplotno paralelnu vezu. ULTRATANKE STRUKTURE U TERMOELEKTRIČNIM UREĐAJIMA U zadnjih dvadesetak godina bavimo se teorijskim istraživanjima specifičnih i izmijenjenih osobina kristalnih struktura malih dimenzija. To su u početku bili tanki filmovi, pa onda niz „slijepljenih” filmova, tj. superrešetke [3–5]. U zadnjih desetak (ili nešto malo manje) godina ova istraživanja su usmjerena na kristalne strukture nano-dimenzija, a to su prvenstveno ultratanki filmovi [6–8]. Osnovni problem u istraživanju je nepostojanje adekvatnog matematičkog prilaza i analiza u primjenjenoj metodologiji. Naime, talasne funkcije problema (modela koji je opisan odgovarajućim hamiltonijanom) zavise od kontinualno promjenljivih. Ipak, u ovakvim strukturama koje duž nekog pravca imaju samo nekoliko atoma/jona sve, pa i prostorne koordinate – moraju biti diskretno-promjenljive.46 Prema tome, morali smo pronaći, tj. prilagoditi neki od metoda teorije čvrstog stanja, a odlučili smo se za metod Grinovih funkcija [8]. Najčešće su ispitivane termodinamičke osobine (pomoću fononskog podsistema), zatim elektroprovodne (preko elektronskog) i optičke osobine (preko eksitonskog podsistema). Ovdje ćemo navesti rezultate samo onih naših istraživanja koji bi mogli biti interesantni za termoelektrične materijale i to prvenstveno kao slojne ili višeslojne metalne (ili metalima slične) prekrivke-prevlake radi povećanja efikasnosti polupro- 45 Po zakonu Wiedemann-Franz-a dobar električni provodnik je ujedno dobar i toplotni provodnik, što se i dešava kod metala, a što navodi na zaključak o elektronima kao dominantnim (pre)nosiocima kako naelektrisanja, tako i toplote. 46 To nameće diskretnost ili kvantnost svih fizičkih veličina i svojstava. Ove pojave su poznate kao posljedice efekata dimenzionog kvantovanja. 211 vodničkih termoelektričnih generatora. Ove prevlake bi mogle zamjeniti klasične provodnike prikazane na šemi termoelektričnog generatora (slika 2), koje bi služile kao električno-toplotno-provodna veza između toplotnog izvora i hladnjaka, a preko radnog poluprovodnog dijela generatora. U procesu prijenosa toplote provođenjem kroz metalne uzorke učestvuju i fononi i elektroni47. Mi smo ispitali kakav je uticaj smanjenje debljine uzorka do ultratankih ili nano-filmova na osnovne termodinamičke karakteristike, tj. na toplotnu kapacitivnost cijelog uzorka. Posmatrali smo dva modela [9,10]: fononski i elektronski kristalni nanofilm (slika 3, a i b - respektivno) i za njih posebno odredili temperatursku zavisnost toplotne kapacitivnosti (slika 4, a i b – respektivno). (a) (b) Slika 3. Fononski (a) i elektronski (b) model ultratankog kristalnog filma (a) (b) Slika 4. Fononski (a) i elektronski (b) udio u toplotnoj kapacitivnosti ultratankog kristalnog filma u zavisnosti od relativne (bezdimenzione) temperature 47 Iako su elektroni u metalima dominantni prenosioci toplote, kao što se vidi iz Tabele1. 212 Poređenjem temperaturske zavisnosti fononskog udjela u toplotnoj kapacitivnosti ultratankog kristalnog filma sa fononskim udjelom u toplotnoj kapacitivnosti idealne (balk) strukture konstatovano je da je na vrlo niskim temperaturama (do ~ 10 K) toplotna kapacitivnost filma za nekoliko redova veličine manja od one u balk-strukturi, da je u intervalu 10 – 100) K nešto viša i da na temperaturama iznad ~ 100 K ponovo postaje niža, da bi se na vrlo visokim temperaturama izjednačile njihove vrijednosti. Za razliku od fononskog dijela, elektronski dio u toplotnoj kapacitivnosti ultratankog kristalnog filma pozuje da u cijelom opsegu temperatura toplotna kapacitivnost filma ima niže vrijednosti od onih u idealnoj (balk) strukturi. Termoelektrični generatori se većinom koriste kada je toplotni izvor na temperaturi reda veličine sobne, pa na više. Na ovim temperaturama toplotni kapacitet materijala je direktno srazmjeran koeficijentu toplotne provodljivosti, tj. C ~ λ [11], a sa obzirom da film strukture imaju manji ukupni toplotni kapacitet od balka (pa i manju toplotnu provodjivost), metalne ultratanke film strukture nameću kao dobri kandidati za povećanje ukupnog ZT faktora! ZAKLJUČNA RAZMATRANJA Termoeletrični generatori trebaju dati bitan doprinos u povećanju iskoristivosti današnjih toplotnih mašina i toplotnih izmjenjivača. U ovom procesu nastavlja se potraga za novim materijalima koji bi dali što veći termoelektrični doprinos, koji je okarakterisan sa ZT faktorom. Kao radna supstanca sa najvećim ZT faktorom nameću se poluprovodni materijali, dok materijale za električno-toplotnu provodnu vezu sa toplijim i hladnijim izvorom treba tražiti među nanostrukturama. Kako je uticaj fonona i elektrona u toplotnoj provodnosti podjednak, a u električnoj provodnosti inverzan, to se može konstatovati da se dobrom kombinacijom poluprovodničkih radnih supstancija za termoelektrične generatore sa supstratom (matricom – podlogom) koji će „nositi” radne supstancije i prevlake koja će ih „ojačati”, sve od ultratankih metalima sličnih kristalnih film-struktura, mogu ostvariti značajniji efekti povećanja efikasnosti termo-električne konverzije. ZAHVALNICA Istraživanja čiji su rezultati izneti u ovom radu finansijski su potpomognuta od strane Ministarstava za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbije (projekat OI-171039) i Republike Srpske. 213 LITERATURA [1.] G.D. Mahan, in: Thermoelectric Materials – New Directions and Approaches, eds. T.M. Tritt, M.G. Kanatzidis, H.B. Lyon, and G.D. Mahan, MRS 478, 223 (1997). [2.] G.A. Slack, in CRC Handbook of Thermoelectrics, ed. D.M. Rowe, Chemical Rubber, Boca Raton, Florida, 407 (1995). [3.] B.S.Tošić, J.P.Šetrajčić, R.P.Đajić, D.Lj.Mirjanić, Phys.Rev.B 36, 9094 (1987). [4.] B.S.Tošić, J.P.Šetrajčić, D.Lj.Mirjanić, Z.V.Bundalo, Physica A 184, 354 (1992). [5.] D.Lj.Mirjanić, D.Raković, J.P.Šetrajčić, S.M.Stojković, I.D.Vragović, S.K. Jaćimovski, Solid State Phenomena 61-62, 197 (1998). [6.] D.Popov, S.K.Jaćimovski, B.S.Tošić, J.P.Šetrajčić, Physica A 317, 129 (2003). [7.] B.S.Tošić, J.P.Šetrajčić, V.D.Sajfert, S.M.Vučenović, D.Lj.Mirjanić, S.K. Jaćimovski, Materials Science Forum 518, 47 (2006). [8.] J.P.Šetrajčić, D.I.Ilić, B.Markoski, A.J.Šetrajčić, S.M.Vučenović, D.Lj.Mirjanić, B.Škipina, S.S.Pelemiš, Physica Scripta T 135, 014043: 1-4 (2009). [9.] B.Markoski, J.P.Šetrajčić, Lj.Džambas, D.Lj.Mirjanić, S.M.Vučenović, Mod.Phys.Lett.B 23(2), 129135 (2009). [10.] J.P.Šetrajčić, V.M.Zorić, N.V.Delić, D.Lj.Mirjanić, S.K.Jaćimovski: Phonon Participation in Thermodynamics and Superconductive Properties of Thin Ceramic Films, Ch. 15, pp. 317-348, In „Thermodynamics”, Ed.M.Tadashi, ISBN: 978-953-307-544-0, InTech, Viena 2011. [11.] Dejan Raković, Fizičke osnove i karakteristike elektrotehničkih materijala, ETF, Beograd 1995. THERMOELECTRIC EFFECT AND UTILIZATION OF HEAT LOSS Abstract: This paper proposes the idea of using a thermoelectric effect in improving the thermal plant and increase efficiency of the same. Thermoelectric plants that make a working environment using solid phase crystalline state, and which would use thermoelectric effect in generating electricity from heat, have a technological advantage since they contain no moving parts and as such are much less prone to breakdowns. The idea is unique and applicable to heating systems of all sizes, even at very low temperature gradients and relatively low operating temperatures. A thermoelectric phenomenon in a material is explained with intertwined electric and thermal currents, which according to the Wiedemann–Franz formula are proportional. It has been introduced two-element thermoelectric generator, consisting n-type and p-type thermocouples. A particular issue that arises is the choice of material (solid crystalline phase) for the thermocouple, regarding temperature range of usage. The influence of quantum size effects on the thermal characteristics of the use of nanoscopic patterns – ultrathin film structures were discussed. Key words: thermoelectric generators, heat loss, contemporary thermo-elements materials, ultrathin film-structures. 214 SOLID OXIDE FUEL CELL - PERSPECTIVE OF SUSTAINABLE AND EFFICIENT SOURCE OF ENERGY Saša Zeljković1*, Jelena Penavin Škundrić2, Goran Krummenacher3 1*Univerzitet u Banjoj Luci, PMF Banja Luka, Studijski program Hemija, Mladena Stojanovića 2, 78000 Banja Luka, Bosna i Hercegovina, 065 596 980, [email protected] 2 Univerzitet u Banjoj Luci, PMF Banja Luka, Studijski program Hemija, Mladena Stojanovića 2, 78000 Banja Luka, Bosna i Hercegovina. 3Doerenkamp-Zbinden fondacija, 8700 Zürich, Švajcarska Abstract: At present, global warming and the energy crisis are the most serious problems for sustainable development of humanity. Fuel cell technology is quite promising for conversion of chemical energy of hydrogen and hydrocarbon fuels into electricity without forming air pollutants. There are several types of fuel cells among whose are Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) as the most efficient, reliable and flexible in fuel. Therefore, SOFC technology is attracting much attention as a power plant technology and is now available as a combined heat and power generation system. This paper outlines the acute global population growth and the growing need and use of energy and its consequent environmental impacts following comprehensive and upto-date information on the properties and performance of SOFCs power plants and SOFCs in general. Applications of SOFC technology are discussed as a contribution to energy crisis solution. Key words: solid oxide fuel cells (SOFC), energy crisis, energy conversion. UVOD Razvoj i opstanak globalnog društva je neodvojivo vezan za pitanje raspolaganja i dostupnosti energije. Usljed porasta broja stanovnika ali i rastućih energetskih zahtijeva zemalja u razvoju (Kina, Indija) dolazi do energetskog deficita. Trenutno 87% energije dolazi iz fosilnih izvora (ugalj, nafta, gas) a tek manji procenat iz obnovljivih izvora i nuklearnih postrojenja pri čemu je čak i uz visoke stope rasta korištenja obnovljivih izvora (energija dobijena iz vjetroelektrana u EU raste po stopi od gotovo 30% godišnje) [1] u bliskom vremenu potpuno nerealno očekivati zaokret od fosilnih izvora energije. Dijelom se to ima zahvaliti i kratkoročno gledano „nižoj“ cijeni energije iz fosilnih izvora. Sa druge strane podaci govore da je kao posljedica upotrebe fosilnih izvora energije već došlo do ogromnog porasta emisije ugljen(IV) oksida u atmosferu [2] pri čemu se 215 više ne postavlja pitanje da li će doći do klimatskih promjena već koliko će one biti radikalne. U skladu sa iznesenim činjenicama evidentno je da je pored daljnjeg razvoja obnovljivih izvora energije potrebno raditi i na povećanju efikasnosti same konverzije hemijske energije sadržane u fosilnim gorivima u električnu energiju. Trenutno, jedna od najnaprednijih i najrazvijenih tehnologija konverzije energije jeste tehnologija gorivih ćelija od kojih se svojim pozitivnim karakteristikama posebno ističu gorive ćelije sa čvrstim oksidom (Solid Oxide Fuel Cells – SOFC). U ovom radu su predstavljene komparativne prednosti ali i slabosti gorivih ćelija sa čvrstim oksidom u odnosu na klasične konvertore energije a sve sa ciljem diverzifikaciji mogućih rješenja trenutne energetske i klimatske krize. GORIVE ĆELIJE SA ČVRSTIM OKSIDOM Gorive ćelije sa ćvrstim oksidom su elektrohemijski konvertori energije koji iz hemijske energije goriva direktno, bez pokretnih dijelova i izgaranja, proizvode električnu (i toplotnu) energiju. Sam naziv 'gorive' pri tome pomalo zavarava jer u njima ništa ne gori. Po svome su načelu rada gorive ćelije slične baterijama, ali za razliku od njih, gorive ćelije zahtijevaju stalan dovod goriva i kisika. Anoda je pozitivna elektroda na kojoj se odvija reakcija oksidacije (gubljenje elektrona) a katoda negativna elektroda na kojoj se odvija reakcija redukcije (primanje elektrona) kad kroz ćeliju prolazi struja. Elektrolit je kod gorivih ćelija sa čvrstim oksidom u čvrstom agregatnom stanju što pozitivno utiče na stabilnost cijelog sistema te daje mogućnost geometrijske raznolikosti komponenti. Slika 1. Shema gorive ćelije Gorive ćelije sa čvrstim oksidom posjeduju niz prednosti u poređenju sa tradicionalnim konvertorima energije (klasično sagorijevanje goriva) prije svega gledano po daleko većoj efikasnosti koja se kreće do 55% uz niske emisije polutanata. 216 Upravo visoka efikasnost u konverziji hemijske energije goriva predstavlja najistaknutiju prednost gorivih ćelija sa čvrstim oksidom. Snaga sistema koji za konverziju koristi gorivu ćeliju sa čvrstim oksidom se može kretati od svega nekoliko mW pa do reda veličine MW što otvara mogućnosti korištenja u različitim aplikacijama, od prenosnih minijaturnih potrošača pa do industrijskih generatora. Konverzija energije u gorivim ćelijama sa čvrstim oksidom je u osnovi elektrohemijski proces koji s obzirom na prisutne korozivne procese i morfološke promjene postavlja velike zahtjeve u pogledu konstruktivnih materijala. S obzirom na trenutno raspoložive materijale životni vijek gorivih ćelija sa čvrstim oksidom u prenosnim uređajima je oko 5 000 sati a u stacionarnim instalacijama preko 40 000 sati. MATERIJALI I GORIVA Razvoj novih materijala za gorive ćelije sa čvrstim oksidom za cilj ima prije svega snižavanje visoke radne temperature uz zadržavanje visokih performansi. Rad na srednje visokim temperaturama će svakako uticati na produženje životnog vijeka cijelog sistema. S druge strane, pravi izazov će biti iznalaženje cijenom prihvatljivih alternativa trenutno sofisticiranim i skupim materijalim katode, anode i elektrolita. Danas primjenjeni materijali su odabrani prije svega na osnovu svojih karakteristika provodljivosti (provodnici jona kiseonika, elekktrona ili mješoviti provodnici) odnosno na osnovu temperaturnog opsega u kojem ispoljavaju optimalnu provodljivost. (Tabela 1) Materijal Katoda La(Sr)MnO3, La(Sr)CoO3, Sm0.5Sr0.5CoO3 [3], La(Sr)Fe(Co)O3, Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3 [4] Anoda La1-xSrxCr1-yMyO3 (M = Mn, Fe, Co, Ni), SrTiO3 [5], Ni – YSZ [6] Elektrolit La(Sr)Ga(Mg)O3 (O2-), BaCeO3 (H+), BaZrO3(H+), YSZ [7], CGO [8], Ba2In2O5(O2-) [9] Tabela 1. Materijali katode, anode i elektrolita kod gorivih ćelija sa čvrstim oksidom Gorive ćelije sa čvrstim oksidom kao pogonsko gorivo mogu koristiti vodonik [10], ali i ugljovodonike poput metana, propana, butana te benzin i biogoriva [11]. Upotrebom vodonika kao goriva se potpuno eliminiše CO2 iz procesa konverzije energije. Ipak zbog veće dostupnosti velika pažnja se poklanja sistemima koji koriste prirodni gas [12]. 217 Klasični konvertori energije uključujući motore sa unutrašnjim sagorijevanjem i gasne turbine redom imaju nisku efikasnost konverzije te visoke emisije polutanata ali se usljed niskih troškova materijala i početnih troškova uopšte i dalje nameću kao dominantni sistemi. Slično, termoelektrane odnosno elektrane na gas predstavljaju zbog istih razloga dominantan sistem u konverziji energije za snabdijevanje većih potrošača. Iako se visoka radna temperatura često ističe kao nedostatak gorivih ćelija sa čvrstim oksidom mora se naglasiti da ova činjenica daje povoda za izradu hibridnih konfiguracija koje su sebi sadrže i tradicionalne i moderne konvertore energije. Povezivanje gorive ćelije sa čvrstim oksidom (visoka temperatura i stabilnost rada na povećanom pritisku) sa gasnom turbinom je vek pokazalo pozitivne rezultate. Tako je Siemens testirao prvi goriva ćelija sa čvrstim oksidom / gasna turbina hibridni sistem ukupne snage 220 kW, sa 200 kW od strane gorive ćelije i 20 kW mikroturbine. prikazani koncept je demonstrirao efikasnost od 53%. ZAKLJUČAK Prednost gorivih ćelija sa čvrstim oksidom, u poređenju sa klasičnim konvertorima energije je evidentna, i najbolje je izražena kroz visoku efikasnost te mogućnost korištenja različitih goriva. Međutim, visoka radna temperatura te sa njom povezana potreba laganog i kontrolisanog stavljanja u pogon gorive ćelije predstavljaju nedostatke koji se prije svega manifestuju kroz još uvijek visoke početne troškove i cijenu cjelokupne tehnologije. Bilo koja tehnologija za proizvodnju ili konverziju energije bi trebala proći vrlo rigoroznu evaluaciju i procjenu troškova istraživanja i razvoja, troškova proizvodnje, marketinga i prodaje, cijene koju plaća potrošač energije, troškova održavanja, troškova zatvaranja postrojenja, zdravlja i sigurnosti radnika, uticaja na okolinu, iscrpljivanja resursa te potencijala za nesreće. Tek nakon uzimanja u obzir svih navedenih činjenica se mogu dati tvrdnje da li je (i je li uopšte) energija iz nuklearnih ili termoelektrana jeftinija nego energija iz elektrana koje kao konvertore koriste gorive ćelije sa čvrstim oksidom. U budućnosti je realno za očekivati da, zahvaljujući intenzivnim istraživanjima, ali i sveobuhvatnom sagledavanju pitanja trškova, tehnologija gorivih ćelija sa čvrstim oksidom skupa sa ostalim racionalnim energetskim tehnologijama nastupi kao realna alternativa konvencionalnim izvorima energije. LITERATURA [1] [2] 218 Progress of electricity from biomass, wind and photovoltaics in the European Union, Arnulf JägerWaldau, Heinz Ossenbrink, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 8, Issue 2, April 2004, Pages 157-182 International Energy Agency (IEA): http://www.iea.org [3] High performance Sm0.5Sr0.5CoO3–La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3 composite cathodes, Shizhong Wang, Yuman Zou, Electrochemistry Communications, Volume 8, Issue 6, June 2006, Pages 927-931 [4] Progress in understanding and development of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ-based cathodes for intermediate-temperature solid-oxide fuel cells, Wei Zhou, Ran Ran, Zongping Shao, Journal of Power Sources, Volume 192, Issue 2, 15 July 2009, Pages 231-246 [5] Effects of Sr/Ti-ratio in SrTiO3-based SOFC anodes investigated by the use of cone-shaped electrodes, Peter Blennow, Kent K. Hansen, L. Reine Wallenberg, Mogens Mogensen, Electrochimica Acta, Volume 52, Issue 4, 1 December 2006, Pages 1651-1661 [6] Synthesis and characterization of nanocrystalline Ni–YSZ cermet anode for SOFC, T. Priyatham, Ranjit Bauri, Materials Characterization, Volume 61, Issue 1, January 2010, Pages 54-58 [7] Effect of sintering temperature on the microstructure, roughness and electrochemical impedance of electrophoretically deposited YSZ electrolyte for SOFCs, Tahereh Talebi, Mohsen Haji, Babak Raissi, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 35, Issue 17, September 2010, Pages 9420-9426 [8] La2NiO4+δ as cathode for SOFC: Reactivity study with YSZ and CGO electrolytes, A. Montenegro Hernández, L. Mogni, A. Caneiro, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 35, Issue 11, June 2010, Pages 6031-6036 [9] The oxygen and proton conductor Ba2In2O5: Thermogravimetry of proton uptake, T. Schober, J. Friedrich, Solid State Ionics, Volumes 113-115, 1 December 1998, Pages 369-375 [10] Hydrogen consumption and power density in a co-flow planar SOFC, Hocine Ben Moussa, Bariza Zitouni, Kafia Oulmi, Bouziane Mahmah, Maiouf Belhamel, Philippe Mandin, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 34, Issue 11, June 2009, Pages 5022-5031 [11] Energy balance model of a SOFC cogenerator operated with biogas, Jan Van herle, F. Maréchal, S. Leuenberger, D. Favrat, Journal of Power Sources, Volume 118, Issues 1-2, 25 May 2003, Pages 375383 [12] Multi-level modeling of SOFC–gas turbine hybrid system, S. H. Chan, H. K. Ho, Y. Tian, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 28, Issue 8, August 2003, Pages 889-900 GORIVA ĆELIJA SA ČVRSTIM OKSIDOM – PERSPEKTIVA ODRŽIVOG I EFIKASNOG IZVORA ENERGIJE Apstrakt: Trenutno, globalno zagrijavanje i energetska kriza su najozbiljniji problemi za održivi razvoj čovječanstva. Tehnologija gorivih ćelija je veoma obećavajuća u konverziji hemijske energije vodonika i ugljovodoničnih goriva u električnu bez formiranja polutanata. Postoji nekoliko tipova gorivih ćelija od kojih su gorive ćelije sa čvrstim oksidom (SOFC) najefikasnije, najpouzdanije i najfleksibilnije po pitanju goriva. Upravo zato tehnologija gorivih ćelija sa čvrstim oksidom privlači puno pažnje kao tehnologija elektrana koja je sada dostupna kao kombinacija električnih i toplotnih generatora. U ovom radu se prezentuju rast globalne populacije i rastuća potreba za energijom skupa sa posljedičnim uticajem na životnu sredinu a sve praćeno sveobuhvatnim i aktuelnim informacijama o osobinama i performansama SOFC elektrana i SOFC uopšte. Aplikacije tehnologije gorivih ćelija sa čvrstim oksidom (SOFC) su diskutovane kao doprinos rješenju energetske krize. Ključne riječi: gorive ćelije sa čvrstim oksidom (SOFC), energetska kriza, konverzija energije. 219 ENERGIJA I ODRŽIVA ENERGIJA KAO FAKTOR EKONOMSKOG RASTA U SVETU Zdenka Đurić Panevropski univerzitet APEIRON, Banja Luka Apstrakt: Demokratska ekspanzija i promene u strukturi privrednog i ekonomskog razvoja u svetu u narednim decenimama /dinamičan razvoj jednog broja, velikih zemalja u razvoju/ povećavaju tražnju za energentima i pred proizvodnju i potrošnju energije postavljaju broja pitanja. Brojnost i složenost ovih pitanja je takva, da se ne retko o energiji govori kao o limitirajućem faktoru budućeg razvoja sveta. U radu prezentuju i razmatraju se neka pitanja energije kao limitirajućeg faktora daljeg ekonomskog rasta – rasta bruto nacionalnog dohotka u svetu, sa akcentima na pitanjima: rasta cena koštanja i tržišnih cena energenata, energetske zavisnosti zemalja, promena u strukturi izvora energije i jačanja obnovljive energije, promene u strukturi potrošnje energije, povećanje energetske efikasnosti, neophodost velikih ulaganja u energetsku industriju i neka druga pitanja Ključne reči: svetsko tržište energije i održive energije, ekonomski rast u svetu UVOD Već duže vreme prisutan je stav da se svet suočava sa granicama daljeg ekonomskog rasta /rasta novostvorene vrednosti ili dohotka na nivou društva, najčešće posmatrano po stanovniku/ (D.H.Meadows; G.Turner48). U okviru ovih rasprava akcenat se stavlja na probleme dinamičnog rasta stanovništva u svetu i s tim u vezi, na probleme produktivnog zapošljavanja i siromaštva U širim krugovima, nekako po strani ostaju ništa manje značajni stavovi, po kojima pitka voda i energija postaju značajni ograničavajući faktori daljeg ekonomskog rasta i razvoja sveta 48 D.H.Meadows i grupa autora /1972/ The limits to growth, international edition; G.Turner /2008/ Comparision of the limits to growth, SCIRO 220 CILJ I METOD ISTRAŽIVANJA U radu afirmisaću stav o energiji kao ograničavajućem faktoru daljeg ekonomskog rasta u svetu i brojna pitanja koja se javljaju na putu rešavanja ovog problema Danas, pitanje održive energije najčešće posmatra se u kontekstu očuvanja eko sistema. Međutim, održiva energija je i jedna od sve značajnijih solucija u rešavanju problema rastuće tražnje za energijom. U sprovođenju istraživanja u funkciji pisanja ovog rada , koristila sam se različitim prilozima, dokumentima i podacima slobodno dostupnim na Internetu Demografski i ekonomski rast u svetu Po mišljenju stručnjaka u narednim decenijama (D.Cohen; J.Zhang49): - nastaviće se demografska eksplozija, pre svega u okviru manje razvijenog i nerazvijenog dela sveta - prosečna godišnja stopa ekonomskog rasta na nivou sveta kretaće se na nivou iz prethodnih decenija, a to znaći, na nivo od cca 3% godišnje - razvijene zemlje nešto će usporiti ekonomski rast - najveći deo nerazvijenih zemalja ostvarivaće prosečne stope ekonomskog rasta - iznad prosečni ekonomski rast očekuje se u jednom broju zemalja u razvoju /Kina, Rusija, Indija, Brazil, zemlje srednje Azije/ Rast tražnje za energijom Demografski i ekonomski rast u svetu prati rast tražnje za energijom (Tab.1.) Tab. 1. Tražnja za energijom od 1990 do 2035.god. - tražnja u Mtoe Godina Tražnja Godina Tražnja 1990 365 2020 590 1995 374 2025 639 2000 406 2030 687 2007 495 2035 739 2015 543 *IEO 2010 Analize i prognoze svetske tražnje za energijom pokazuju (study50) 49 D.Cohen /2011/ - The breakdown of economic expansion in the 21st century, Energy bulletin, april; J.Zhang /2010/ - Chinas energy demand in 21st century, Review of development economics, vol.14.no.4 50 Energy limits global economic growth, study finds u Science daily, 11 januar 2011. 221 umereni rast tražnje za energijom u razvijenom svetu dosadašnji tempo rast tražnje za energijom nedovoljno razvijenih zemalja i izuzetno dinamičan rast tražnje velikih zemalja u razvoju koje kreću putem dinamičnog privrednog i ekonomskog rasta Proizvodnja i potrošnja energije i ekonomski rast Brojni autori su koristeći klasične matematičke modele dokazivali visoku međuzavisnost između proizvodnje, potrošnje, uvoza i izvoza energenata, sa jedne strane i ekonomskog rasta, sa druge strane (M. Abex I F.S.Perobelli; D. I. Stern; M.A.Alarn51) Na početku XXI veka ili ere ekonomije znanja, jedno od značajnih ekonomskih pitanja je pitanje vlasništva, raspolaganja i intenziteta korišćenja raspoloživih konvencionalnim energetskim izvorima (Tab. 2, Tab.3, Tab.4) Očekuje se povećavanje stepena korišćenja ovih rezervi i ulazak u eksploataciju ekonomski manje racionalnih rezervi. Tab. 2. Zemlje sa najvećim rezervama uglja u svetu - ukupne rezerve: 100% - USA - Rusija - Kina - Australija - Indija - Ostale zemlje 25,1 15,9 11,6 9,2 7,6 6,6 - Nemačka - J.Afrika - Kazahstan - Ukrajina - Poljska 6,8 5,6 3,5 3,5 3,4 *Statistical review of world energy, 1999 Tab. 3. Regioni sa najvećim rezervama gasa - ukupne rezerve: 100% - S.Amerika - Cent.i južna Amerika - Evropa - Bivši SSSR 26,9 3,0 7,3 16,1 - Srednji istok - Afrika - Azija-Pacifik - ostali regioni 3,9 2,1 3,6 37,1 *Statistical review of world energy, 1999. Tab. 4. Raspored svetskih rezervi nafte - ukupne rezerve:100% - Srednji Istok - L. Amerika - Z. Evropa 64,5% 11,5% 2,0% - Azija-Pacifik - S. Amerika - I. Evropa 4% 2,8% 6,2% *OPECA annual statistical bulletin-www.opec.org 51 M. Arbex i F.S.Perobelli /2008/ - Solow meets Leontief: Economic growth and energy consumption, University of Windsor, Canada; D.I.Stern /2003/ - Energy and economic growth, Rensselaer polytehnic institute, USA; M.S.Alam /2006/ - Economic growth with energy, Norherstern university, 222 U razmatranju međuzavisnosti proizvodnje, potrošnje energenata i ekonomskog rasta vrlo bitno je operisati sa mnoštvom drugih, dodatnih podataka. Prvi podatak odnosi se na proizvodnju, uvoz i izvoz energenata (Tab.5) Tab. 5. Osnovni energetski bilans za 1978. i 2005. god. - u Mtoe Energent Godina Ugalj -1978 -2005 Sirova nafta -1978 -2005 Prer.nafta -1978 -2005 Gas -1978 -2005 Nuklearna en. -1978 -2005 Hidro energ. -1978 -2005 Kombin.ener. -1978 -2005 Ostala ener. -1978 -2005 Ukupno ener. -1978 -2005 Proizvodnja Uvoz Izvoz Zaliha 1.479 3.415 140 591 -130 -631 12 -62 2.936 4.041 1.562 2.332 -1.611 -2.200 -22 -29 - 408 996 -439 -1.075 -16 -7 993 2.608 73 783 -73 -778 -15 -22 53 712 - - - 110 276 - - - 646 1.226 0,12 9 -0,19 -9 0,06 0.15 613 90 814 53 -827 -53 - 6.224 13.369 2.192 4.764 -2.261 -4.746 -40 -120 *Key world energy statistic-2010., IEA Za svaku zemlju značajna je proizvodnja vlastite energije, zbog vrlo bitne energetske samostalnosti. Energenti, pre svega nafta imaju karakter strateških roba (D.Boson I P.Odell52) Kod eksploatacije neobnovljivih izvora energije značajna su pitanja: - pravednosti naknada za korišćenje izvora /pridružujem se malobrojnim autorima koji istiću da se kroz sistem naknada ne obezbeđuje adekvatna naknada za uzeto od prirode/ 52 D. Boson; P.Odell /2004/ - The global market in the long term,The royal swedish academy of war science. 223 -i korišćenje sredstava naknada za investiranje u produktivne kapacitete /Razvoj Dubaija ilustrativan je primer obezbeđivanja izvora zarade za naredna pokoljenja/ Uvoz i izvoz energenata značajan je faktor spoljnotrgovinskih bilansa, bilansa plaćanja i deviznih kurseva i po ovim osnovama, ostalih makroekonomskih veličina i agregata zemalja (OECD/IED53) Za sve nas od značaja je veza između kursa dolara i kretanja cena nafte, je dolar još uvek predstavlja obračunsku valutu u međunarodnom monetarnom sistemu I značajan faktor valutne stabilnosti u svetu U razmatranju međuzavisnosti proizvodnje, potrošnje i ekonomskog rasta značajni su podaci o strukturi potrošnje energije (Tab.6) Na nivou sveta nešto više od 50% utrošene energije ima proizvodni karakter I doprinosi proizvodnji vrednosti i novostovrenih vrednosti. Ostali deo utrošene energije ide na široku potrošnju. Tab. 6. Struktura potrošnje energije u svetu u 2008. god. - Industrija - Transport - Stanovništvo i usluge - Ostalo 27,8% 27,3% 36,0% 8,9% *IEA, 2009. U razmatranju veza i interakcija energenata I ekonomije i ekonomskog rasta nužno je operisati i sa podacima o energetskoj intenzivnosti /potrošnja energije po dolaru BDP na nivou zemlje/ (Tab.7) Tab. 7. Energetska intenzivnost po regionima - mil.dolara - cene 2005. Region 2004. 2005. 2006. 2007. Evropa 5,8 5,7 5,6 5,4 Evroazija 44,6 42,2 38,2 36,4 Afrika 15,3 15,1 14,4 14,1 Srednji istok 20,6 21,1 20,6 19,5 Cen. i juž.Am. 12,0 11,9 11,8 11,2 Sev.Amerika 8,5 8,3 8,1 8,1 *IEA U razmatranju strukture potrošnje i energetske intenzivnosti, po pojedinim zemljama, neophodno je operisati sa podacima o: 53 OECD/IEA 2010 - World energy model – Methodology and assumptionswww.worldenergyoutlook.org 224 - privrednoj strukturi (O. Adeniran54) - direktnim stranim investicijama i dislociranosti proizvodnji u inostranstvo /danas, u svetu vrlo su dinamična seljenja prljave industrije I industrije velikih potrošača energije iz razvijenog u manje razvijeni sveti/ - mikroklimatskim uslovima - i drugim podacima U razvijenom svetu široko prisutne su aktivnosti povećavanja energetske efikasnosti.(Tab.8) Ove aktivnosti smanjuju potrošnju energije po jedinici angažovanja energenata Tab. 8. Promene u intenzivnosti energetske potrošnje energije u svetu od 1985-2004.god. - eneretska potrošnja po jedinici proizvodnje BDP - 27% - osnovni ekonomski energetski index -10% - ekonomski energetski index u transportu – 14% - ekonomski energetski index u industriji -19% - ekonomski energetski index u stanogradnji -9% - ekonomski energetski index u komercijalnim objektima +12% *US department of energy – Economy – wide total energy consumptionwww.eere.energy.vo./ba/pba/index.html Struktura proizvodnje i očekivane promene u proizvodnji energije u svetu Najveći deo energije proizvodi se u okviru neobnovljivih izvora (Tab. 9) Učešće obnovljivih izvora na nivou sveta za sada kreće se na nivou od oko 9-10 procenata (WEF55) Tab. 9. Struktura energije proizvedene u 2005. god. - Nafta - Ugalj - Gas - Nuklearna ener. - Biomasa - Hidroenergija - Ostali /sunce, geotermalne vode, vetar/ 37% 25% 23% 6% 4% 3% 2% *BP-Statistical review of world energy, june, 2006 54 O. Adeniran –Doese energy consumption cause economic growth? An emprical evidence from Nigeria, University of Dundee 55 World economic forum /2010/ - Energy vision update 2009: Thirsty energy: Water and energy in the 21st century –www.wef.com. 225 Po mišljenju stručnjaka, povećana tražnja za energentima u narednom periodu obezbeđivaće se iz (Tab.10) - povećane proizvodnje iz neobnovljivih izvora - i povećavanja proizvodnje u okviru obnovljivih izvora Tab. 10. Struktura izvora energenata u 2030 po tekućem scenariju I 450 policy scenariju Izvor energije Tekući scenario 450 policy scenario Nafta 29,8 29,5 Ugalj 29,1 18,2 Gas 21,2 20,4 Nuklearna energija 5,7 9,9 Hidroenergija 2,4 3,4 Ostalo 11,8 18,6 *Key world energy statistics-2010, IEA U obezbeđivanju ovoga rasta stručnjaci ne računaju samo na proširivanje proizvodnih kapaciteta, već i na dalji tehnološki razvoj koji će rezultirati u povećavanju efikasnosti i ekonomije u proizvodnji i distribuciji energenata (J. L. Hu i koautor; ABS energy research; SAGE; Bloomber56) Održiva energija U poslednjoj deceniji sve više govori i radi se na razvoju tehnologija i proizvodnih kapaciteta održive energije /hidro energije, energije vetra, energije sunca, geotermalne energije, energije iz bio mase/ (Tab.11) Dostupni podaci vezani za razvoj održive energije ukazuju na sledeće(TWAS report; J. Ikerd57): - još uvek značajan deo sredstava i rada odlazi na razvoj tehnologija proizvodnje i rešavanje brojnih pitanja uključivanja ove energije u sisteme energetskog snabdevanja na nivou zemlje - u finansiranju razvoja tehnologija i podizanju kapaciteta vrlo prisutna su strateška partnerstva privatnog i javnog sektora (Bloomberg58) 56 Jin Li Hu i Chenge-Hsun Lin –Disaggregated energy consumption and GDP i Taiwan, National Chiao Tung university, Taiwan; ABS Energy research –Renewable energy report Ed 2010 – www.absenergyresearch.com; SAGE – Date implementation guide, US department of energy, Washingon DC, august 2003; Bloomber /2010/ - Bloomberg new energy finance, 57 A report to TWAS /2008/-Sustainable energy for developing countries,Italy; J.Ikerd – Toward an economy os sustainable energy – internet 226 - u strukturi održive energije dominira tzv. Bioenergija /Tab.11) - najveća ulaganja u razvoj održive energije su u Evropi, SAD i zemljama Azije i Okeanije.Po projekcijama EU bi u 2020. god. cca 20% svojih potreba trebala da pokrije održivim energija - korišćenje ratarskih proizvoda u proizvodnji energenata uslovljava rast cena poljoprivrednih proizvoda i hrane na svetskom tržištu (Commision of european communities59) - postoje značajnije razlike u troškovima i cenama proizvodnje pojedinih vrsta održive energije (Tab.13) Tab. 11. Selektirani indikatori održive energije na nivou sveta Indikatori 2007.god. 2008.god. 2009.god. Prosečno investiranje u proizv. 104 130 150 Postojeći kapaciteti bez velikih hido kapaciteta /Gwe/ 1.070 1.140 1.230 Kapaciteti energije iz vetra 94 121 159 Sunčevi PV kapaciteti /Gwe/ 7,6 13,5 21,0 Solarna energija-topla voda 126 149 180 50 69 76 10 15 17 68 75 85 Kapacitete /milijardi USA dolar./ /Gwe/ /GWht/ Proizvodnja etanola /milijardi litara/ Proizvodnja biodizela /milijardi litara/ Broj zemalja sa jasno definisanom politikom razvoja održive energije *REN21, Renewables 2010, Global statistic report, no.26, 2010. 58 Blomberg new energy finance – Global tends in sustainable energy investment 2010,2010 Commision of the european communities /2008/-Energy sources, production cost and performace of technologies for power generation, heating and transport –COM(2008)744 59 227 Tab. 12. Struktura proizvedene i potrošene održive energije u EU u 2008. god. - % - hidroenergija - energija vetrra - bioenergija 9,1 17,3 68,9 - solarna energija - geotermalna - ostalo 1,7 1,1 1,9 *Federal ministry for the environment, nature coservation and nuclear satety – Renewable energy sorces in figures-Nationa and international development, Berlin, une 2009. Tab. 13. Cene kWh po pojedinim izvorima održive energije u USA dolarima za 2010. god -velike hidrocentrale 3-5 centi -male hidrocentrale 5-12 centi -vetrenjače na obali:5-9 -vetrenjače ostale: 10-14 -biomasa:5-12 centi -geotermalne vode: 4-7 centi -solarna /krov/: 20-50 centi -ostala solarna: 15-30 centi -koncentrovana solarna: 14-18 centi *RE21, Renewables 2010 global statistic report, no.26, 2010 Troškovi i cene energenata U istraživanju pitanja troškova proizvodnje za različite tipove energenata suočila sam se sa više ili manje različitim cenama koštanja zavisno od nosioca izrade kalkulacije (od tab. 14 do tab.19). Mislim da problem nije u strukturi kalkulacije, već u troškovima proizvodnih inputa i u tehnologijama u različitim sredinama. Tab. 14. Proizvodni troškovi po kalkulacijama Instituta nuklearne energije - 2009 - USA dolari -nuklearna energija: 2,03 centa po kWh -ugalj: 2,97 centa po kWh -prirodni gas: 5,00 centi po kWh -nafta: 12,37 centi po kWh *NEI –http://www.nei.org/ Tab. 15. Troškovi po britanskoj kalkulaciji - 2010. - u funtama po MWh -energija po novoj nuklearnoj tehnologiji 80-105 -energija vetra 80-110 -energija iz biomase 60-120 -prirodni gas 60-130 -ugalj 100-155 -solarne farme 125-180 -energija obalnog vetra 150-210 228 -energija – turbine na bazi prirodnog gasa 55-110 -energija talasa 155-390 *DECC, june 2010 Tab. 16. Troškovi po američkoj kalkulaciji - 2007 - u dolarima, MWh -napredna nuklearna energija 67 -ugalj 74-88 -gas 313-346 -geotermalne vode 67 -hidroenergija 48-86 -energija vetra 60 -solarna energija 116-312 -energija biomase 47-117 -fuel cell 86-111 -energija talasa 611 *California energy commission Tab. 17. Troškovi po australijskoj kalkulaciji - 2006.god - australijski dolari, po KWh -nuklearna energija 40-105 -ugalj 28-106 -turbine na bazi gasa 101 -gas 37-93 -male hidrocentrale 55 -energija vetra 63 -solarna energija 85 -biomasa 88 Tab. 18. Troškovi po nemačkim kalkulacijama - 2010. god. - u evrima, u MWh -nuklearna energija 107-124 -energija uglja 88-107 -domaći gas 106-118 -energija vetra 49,7-96,1 -energija obalnog vetra 35-150 -hidroenergija 34,7-126,7 -biomasa 77,1-115,5 -solarna energija 284,3 – 391,4 229 Tab. 19. Procena troškova po pojedinim tipovima energije na nivou sveta u 2016. god. - po cenama iz 2009. - američki dolar - MWh Tip energije Min.cena Prosečna cena Max cena -kon.ugalj 85,5 94,8 110,8 -obog.ugalj 100,7 109,4 122,1 -obog.ugalj CCS 126,3 136,2 154,5 -prirod.gas-konv. 60,0 66,1 74,1 -prirod.gas-CCS 80,8 89,3 104,0 -prir.gas-turb.konv 99,2 124,5 144,2 -prir.gas-turb.un. 87,1 103,5 118,2 -nuklearna 109,7 113,9 121,4 -vetar 81,9 97,0 115,0 -obalski vetar 186,7 243,2 349,4 -sunčeva PV 158,7 210,7 323,9 -sunčeva –vodena 191,7 311,8 641,8 -geotarmalna 91,8 101,7 115,7 -biomasa 99,5 112,5 133,4 -hidro 58,5 86,4 121,4 *Energy information administration, Annual energy outlook,2011, decembar 2010 Napred prezentovani podaci upućuju na zaključak da su jeftinije energije iz gasa, uglja, hidroenergija i nuklearna energija, a da su skuplje energije dobijene korišćenjem energije sunca i vetra. Podaci o kretanju cena na svetskom tržištu pokazuju da: 1973-1974.god. predstavljaju godine kada kreće dinamičniji rast cene nafte (WRTG60) i pored “konkurencije” energenata iz različitih izvora činjenica je da je cena nafte, cena po kojoj se ravnaju cene ostalih enegenata, tako da i cene ostalih energenata prate rast cene nafte sa rastom troškova i cena konvencionalne energije, održiva energija sa svojim troškovima i cenama postaje sve prihvatljivija (G.Wagner61) ranst cena energenata tretira se značajnim faktorom rasta troškova ostalih roba (Tab. 20.) 60 61 WRTG economics – Oil price history analysis -internet G. Wagner – Energy content of world trade,internet 230 Tab. 20. Cene sirovina, u periodu 2008-2011, prema cenama iz 2000 god. - robni index u USA dolarima 2000. god. je 100% Sirovina 2008. 2009. 2010. 2011. Sve sirovine 316 210 270 288 33 -34 29 7 236 184 242 262 13 -22 32 8 233 202 221 248 34 -13 9 12 237 176 252 268 6 -26 34 7 354 222 283 301 42 -37 27 6 Ukupna energija Hrana Sirovine za industriju Sirovine za energiju *AIECE – Working group of commodities – Final report “World commodities prices 2010 - internet U brojnim makroekonomskim analizama i projekcijama ekonomskog rasta na nivou pojedinih zemalja i sveta uvek se operiše i sa pokazateljem cene nafte. Prema dostupnim podacima koeficijent multiplikacije kod cene nafte veoma je visok, tako da se sa svakim procentom rasta cene nafte smanjuje BDP u visini od 0,7 – 1 procenta (Eurostat62) Investiciona ulaganja u energetiku Po procenama svetske energetske agencije, u funkciji povećavanja 1% BND na nivou sveta, u periodu od 2001 do 2030.god. u svetu u konvencionalnu energiju treba da se investira 16.000 milijardi dolara od toga u (IEA63): proizvodnju električne energije 60% proizvodnju nafte 19% proizvodnju gasa 19% proizvodnju uglja 2% Potrebe za energijom u funkciji ekonomskog rasta kod zemalja u razvoju dovodi do toga, da se u ovim zemljama investicije u energetiku u BND iznad proseka na nivou sveta /0,6%/ (Tab.21.) 62 63 EUROSTAT – Energy, transport and environment indicators, 2008 IEA –World energy invesment outlooks, 2003. 231 Tab. 21. Učešće investicija u energetiku u BND u periodu od 2001-2030. god. - Rusija 5,5% - Afrika 4,1% - Ostale zemlje u tranziciji 3,7% - Srednji Istok 3% - Kina 2,5% - Inija 2,3% - Ostala Azija 1,8% - L.Amerika 1,7% - OECD 0,6% *IEA – World energy invesment outlooks 2003 Dimanika ulaganja u čiste izvore energije biće veća u odnosu na dinamiku ulaganja u konvencionalne izvore energije (Tab. 22.) (Bloomberg64) Tab. 22. Investiranje i procenjeno investiranje u čiste izvore energije - milijarde USA dolara Izvori energije 2007. 2017. Bio izvori 25,4 81,1 Vetar 30,1 83,4 Sunce 20,3 74,0 Fuel cells 1,5 16,0 Ukupno 77,3 254,5 *J. Makower i R.Widler /2008/ - Clean energy trends Istraživanja pokazuju vrlo visok povraćaj od investiranih sredstava u proizvodnju energije u odnosu na investiranja u ostale industrije (Tab.23.) Tab. 23. Povraćaj od investiranja u različite industrije u periodu od 1993-2002.god. - indegrisano nafta i gas 12% - oprema i servis za naftu i gas 11% - rafinerije i prodaja nafte 10% - vađenje uglja 7,9% - proizvodnja el.energije 9% - transport gasa 10,5% - maloprodaja 11% 64 Bloomberg new energy finance – Global trends in sustainable energy investment 2010. Tab. 23. 232 - transportna oprema 10,2% - mašine i oprema 10,9,5% - hemija 8,9% - osnovni metali 8,4% - komunikacije 7,8% - nekretnine 5,8% *IEA – World energy invesment outlook 2003 Visoka stopa povraćaja investicija u energetsku industriju uslovljava povećano interesovanje stranih investitora za ulaganje u ovu oblast. Prema podacima UNCTAD-a (UNCTAD65) od 90-ih godina na ovamo u najširem krugu zemalja u razvoju prosečno godišnje u ovu oblast dođe cca 25 milijardi dolara ulaganja u zemlje proizvođače nafte prosečno godišnje po osnovu stranih investicija dolazi od 3 do 5 milijardi dolara od sredine 90-ih godina do 2000.god. u zemljama u tranziciji beleži se veliki priliv stranih direktnih investicija, da bi se od tada na ovamo ova ulaganja smanjivala u Kini se beleži stalan dinamičan rast stranih direktnih investicija /u 2000. god. ova ulaganja su bila čak 100 milijardi dolara ZAKLJUČNA RAZMATRANJA Energetska industrija je respektabilna oblast rada za koju postoji veliki interes i aktivnosti na međunarodnom nivou. U ovoj, kao i u mnogim drugim oblastima, međunarodne agencije i udruženja postaju značajni subjekti upravljanja predmetnim oblastima na nivou sveta. Energija je bila i na dalje ostaje, značajan faktor ekonomskog rasta – rasta dohotka na nivou pojedinih zemalja i ukupnog sveta. Energenti i na dalje ostaju strateška roba, čijom prodajom se obezbeđuju iznad prosečni dohotci. Očekivani demografski i privredni rast u svetu, vodi ka povećavanju tražnje za energijom i relativno bržem rastu cena energenata u odnosu na ostale robe. U energetskoj industriji u svetu, u narednom periodu očekuju se značajna investiciona ulaganja u postojeće i nove kapacitete konvecionalne energije i dinamična ulaganja u razvoj tehnologija i podizanje kapaciteta za održive energije.Održiva energija u naredne dve decenije udvostručiće svoje učešće u ukupnoj proizvodnji i potrošnji energije u razvijenom delu sveta. Rast proizvodnje enegenata pratiće inetenzivne aktivnosti na povećavanju energetske efikasnosti kako u industriji, tako i kod ostalih potrošača. 65 UNCTAD –Global trends in sustainable energy invesment 2007. 233 LITERATURA I WEB ADRESE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. IEA – Key world energy statistics, 2010 I.Iacomelli i grupa autora –Sustainable econoy for sustainable energy, Owemes, april, 2006 TWAS report-Sustainable energy for developing countries, Italy, 2008 Bloomberg new energy finance – Global tends in sustainable energy investment 2010 J.Ikerd – Towards an economy of sustainable energy – internet REN 21 – Renewables 2010 EUROSTAT – Energy, transport and environment indicators, 2009 IEA –World energy outlook, 2009 IEA –World energy outlook 2010 IEA – World energy model – Methodology and assumtions,2010 P.Odell – The global energy market in the long time, The royal Swedish academy of war science, 2000 World energy coucil – 2007 survey of energy resources T.J.Richards – Relationship between international trade and energu – internet G.Wagner –Energy content of world trade, internet M.S.Alam – Economic growth with energy,Northeesternuniversity, Boston, 2006 J.Ramos-Martin i grupa autora – Non-linear relationship between energy intensity and economic growth, ESEE, Tenerife, 2003 D.I.Stern – Energyand economic growth, Boston university http://energy.ca.gov. http://decc.gov.uk http://claverton-energy.com http://www.absenenergyresearch.com ENERGY AND SUSTAINABLE ENERGY AS A FACTOR ECONOMIC GROWTH IN THE WORLD Abstract: Democratic explosion and changes in world economy /rise of new emergy countries/ in nex decedes increce energy demandes. That demandes bring a lot of questions in face of companies and countries. Many answerts on tzaht questions reveal energy as limitation factor of future economic growth. In this article author bring conclusion about influence of folowing questions on GNI and future economic development: raise of energc cost and price, change of energy sources, energy depedency of countries, raise of renewable energy, raise of energy efficiency, future investment in energy idustruy and else questions. Key words: world energy and renewable energy market, economic growth in world 234 INDEX AUTORA A Ahmetović Elvis, 9, 14 Aleksić V., 137 B Biočanin Rade, 15 Blazevska Gilev J., 74 C Cakić Milorad, 37 Capeska Bogatinoska Dijana, 30 D Dakić Pantelija, 143, 148 Dakić Vesna, 143 Drljača Dalibor, 103 Đuričković Aleksandra, 57 Đuričković V. Veljko, 57 Đurić Rastko, 50 Đurić Zdenka, 220 F Fidancevska E., 74, 199 Fidancevska Emilija, 111 G Grujić Radoslav, 74, 111, 137, 199 H J Jakupović Esad, 78, 91 Jasić M., 199 K Krummenacher Goran, 215 Kuvendziev Stefan, 111 L Latinović Branko, 103 Lisichkov Kiril, 111 Ljubojević Srđan, 119 M Marčeta Dane, 119 Marjanović Predrag, 78, 91 Mićić V., 137 Mikić Đuro, 160 Milaković Igor, 78 Mučibabić Spasoje, 148 Müller‐Hansen Katrin, 37 N Nušinović Admir, 78, 91 P Pejović B., 137 Penavin Škundrić Jelena, 215 Petrović Z., 137 Prašo Murat, 160 Hoeflinger W., 74 I Ibrić Nidret, 9, 14 Ivanovska Tanja, 190 R Ratković Željko, 143, 148 Roljić Lazo, 160 S Simončič Viktor, 177 235 Spasevska Hristina, 190 Srebrenkoska Vineta, 30, 74, 111, 199 Stamenković Olivera, 37 Stankovski Stevan, 148 Šetrajčić P. Jovan, 207 V Van Acker M., 199 Veljković Vlada, 37 Vučenović M. Siniša, 207 Z T Tešić Dragan, 78, 91 Tešić Ljupka, 78, 91 Tešić Miroslav, 78, 91 Tešić Nenad, 78, 91 Tomić M., 137 236 Zavargo Zoltan, 37 Zeljković Saša, 215 CIP – Каталогизација у публикацији Народна и универзитетска библиотека Републике Српске, Бања Лука 620.91/.95(082) 502.131.1(082) МЕЂУНАРОДНИ научни скуп Обновљиви извори енергије и одрживи развој (1 ; 2011 ; Бања Лука) Zbornik radova / [I] međunarodni naučni skup Obnovljivi izvori energije i održivi razvoj, Banja Luka, 2-3. juni 2011. ; urednik Esad Jakupović = Proceedings / [I] International Scientific Conference Renewable energy sources and sustainable development. - 1. izd. Banja Luka : Panevropski univerzitet Apeiron , 2012 (Banja Luka : Art print). - 236 str. : ilustr. ; 24 cm. - (Edicija Ekološki inženjering = Summa Organica ; knj. 9) Tiraž 200. - Bibliografija uz svaki rad. - Rezime i na engl. jeziku uz svaki rad. - Registar. ISBN 978-99955-49-72-5 COBISS.BH-ID 2446616 OIE - Zbornik radova 2011_Korice.ai 1 4.1.2012 9:22:54 ISBN 978-99955-49-72-5 OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I ODRŽIVI RAZVOJ Međunarodni naučni skup / International Scientific Conference OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I ODRŽIVI RAZVOJ RENEWABLE ENERGY NERGY SOURCES AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT ZBORNIK RADOVA PROCEEDINGS Banja Luka, 2 – 3. juni 2011. ZBORNIK RADOVA / PROCEEDINGS POKROVITELJI KONFERENCIJE: AKADEMIJA NAUKA I UMJETNOSTI RS MINISTARSTVO NAUKE I TEHNOLOGIJE RS MINISTARSTVO INDUSTRIJE, ENERGETIKE I RAZVOJA RS SPOLJNOTRGOVINSKA KOMORA BIH APEIRON TV CHANNEL
© Copyright 2024 Paperzz
