Obnovljivi izvori energije

 Prva energetska kriza koju rado prešućujemo jest krčenje šuma. John U.Nef str [i]

1. Uvod. Kada se nalazite blizu neke biljke, npr. drveta, skinite jedan list i poklonite mu se kao „bogu života“, budući da je milijune godina fotosintezom proizvodio biomasu i skladištio je kao fosilnu energiju, koju danas nemilice trošimo. U ranoj geološkoj fazi Zemlje biomasa se pretvorila i uskladištila u utrobi Zemlje kao ugljen, nafta i plin. Fotosinteza je proces u kojem zelena biljka pomoću klorofila, ugljikovog dioksida i vode stvara šećer u kojem se svjetlosna energija pretvara u kemijsku. Jednostavna jednadžba fotosinteze glasi:

Ugljkov dioksid 6 CO₂ +  voda 6 H₂O + foton ↔ glukoza C₆H₁₂O₆ + kisik 6 O₂

Foton iz sunčeva zračenja ili svjetla pobuđuje elektron u listu i nastaje složena kemijska reakcija (smjer strelice u desno), koja se svakodnevno odvija, stvarajući kisik i glukozu od kojih živimo. Noću, kada nema sunčeva zračenja, odvija se "natraške" proces respiracije (smjer strelice u lijevo) gdje glukoza i kisik stvaraju biomasu celulozu, škrob, vodu i ugljikov dioksid. Za 1 g bio mase biljci je  potrebno 21 kJ energije. Čovjek udišući zrak s kisikom (isto smjer strelice u lijevo) za 24 sata izdahne 1 kg CO₂.

Krava pase travu( također i  alergen ambroziju) koja raste pomoću fotosinteze                                                                  dajući gnoj,  odjeću, obuću,  i hranu.

Sada smo sučeljeni s problemom prevelikog trošenja energije koju nazivamo energetska kriza, s posljedicom globalnog zagrijavanja. Uz trošenje energije – izgaranjem fosilnih goriva – ljudi moraju riješiti i prevelike koncentracije plinova koji se stvaraju u atmosferi, tzv. stakleničke plinove. Ovi plinovi su isto dio života, jer da njih nema, temperatura atmosfere na Zemlji bila bi -73 ^°C. Globalno zagrijavanje prepoznato je kao ozbiljan problem. Predstavnici brojnih država postigli su 1997. u Kyotu sporazum (Protokol iz Kyota) radi smanjivanja emisije ugljikova dioksida i drugih stakleničkih plinova. Protokolom se propisuje tj. smanjuje ispuštanje šest stakleničkih plinova: ugljikovog dioksida, metana, dušikovog oksida, fluoriranih ugljikovodika, perfluoriranih ugljikovodika i heksafluorida. No, i vodena para je također staklenički plin. Otprilike 60 do 70 % efekta staklenika posljedica je vodene pare. Mjerni podaci toplinskog učinka stakleničkih plinova preračunavaju se na zajednički nazivnik i prikazuju se kao potencijal globalnog zatopljenja ugljikovog dioksida (GWP) CO₂ eq.

2. Uz fosilna goriva postoje i obnovljivi izvori energije. Nedostatak fosilnih goriva i emisija CO₂ prisiljavaju čovječanstvo na usmjeravanje prema obnovljivim izvorima energije.

Zbog te problematike EU je izdala  propisala smjernice o obnovljivim izvorima energije  na osnovi kojih je Hrvatska izdala  zakon . Na početku zakona definirani su važni pojmovi:

1. energija iz obnovljivih izvora – energija iz obnovljivih nefosilnih izvora, primjerice energija vjetra, solarnaenergija (toplinska i foto naponska) te geotermalna energija, energija iz okoliša, energija plime i oseke, energija oceana, hidroenergija, biomasa, plin dobiven od otpada, plin dobiven iz uređaja za obradu otpadnih voda.

2. bio otpad – biološki razgradiv otpad iz vrtova i parkova, hrana i kuhinjski otpad iz kućanstava, restorana, ugostiteljskih i maloprodajnih objekata i slični otpad iz prehrambene industrije.

3. biomasa – bio razgradljiv dio  otpada i ostataka biološkog podrijetla iz poljoprivrede, uključujući tvari biljnog i životinjskog podrijetla, iz šumarstva i s njima povezanih proizvodnih djelatnosti, uključujući ribarstvo i akvakulturu, te biorazgradiv udio otpada, uključujući industrijski i komunalni otpad biološkog podrijetla.

4. bioplin – plinovita goriva proizvedena iz biomase.

3. Bioplin . Biomasa uz prisustvo kisika (smjer strelice u lijevo) truljenjem propada tj. aerobno se oksidira stvarajući opet ugljikov dioksid. No, ako se biomasu pusti da propada bez kisika (anaerobno) uz djelovanje methano bakterija, gdje se ugljikov dioksid reducira u metan CH_4, nastaje smjesa plinova sastava: metan 50 –70 %, ugljikov dioksid 30 –50 %, vodik 1 – 3 %, kisik 0,5 – 1 % te ostali plinovi 1 – 5 %. Toplinska ili ogrjevna moć kubnog metra bioplina iznosi od 5,2 do 6,5 kWh/m³.

Razgradnja ili fermentacija hrane kod goveda bez prisustva kisika (anaeroban proces) u buragu koji je dio želuca odvija se pomoću methano bakterija i ostalih mikroorganizama. Kao krajnji rezultat nastaju razni tekući i plinoviti spojevi, primjerice metan koji izlazi iz probavnog sustava preživača. Govedo prosječne tjelesne mase (550 kg), u procesima probave, dnevno proizvede oko 250 L metana.

Tablica 1  Lit. II

Upravo imamo politički problem odvoz i  odlaganje  gradskog smeča na  odlagališće   Prudenec/Jakuševec,  na kojem  ima oko 8 milijuna kubnih metara  komunalnog otpada. Odlagališće je  zapravo bioreaktor koji stvara  odlagališni plin i zagađenu vodu . U periodu od 15 do 25 godina iz jedne  tone komunalnog  otpada  nastaje 100 do 200 m³  odlagališnog   plina koji ima do 50% metana. Problematiku odlagališća i teoriju stvaranja metana vidi u ovom linku,https://hrcak.srce.hr/file/191236.

Od travnate smjese može se po jednoj toni suhe tvari dobiti od 400 do 500 kg bioplina, što je dvostruko od količine koja se može dobiti iz gnojnice. Zato se danas za proizvodnju bioplina u fermentorima najviše koristi smjesa trave, biljaka u silaži i gnojnice, što se sve usitnjuje i miješa, te se tako pretvara u tekuću masu unutar različitih fermentatora. [ii]

Proizvodnja bioplina iz tekućeg stajskog gnojiva – gnojnice, po dosadašnjim zapadno europskim tehnologijama, ekonomična je samo za postrojenja koja prerađuju gnojnicu od najmanje 80 do 100 UVG (Uvjetno grlo je preračunata jedinica od 500 kg težine životinja). Za prehranu 70 uvjetnih grla potrebna je biomasa silaže s 25 hektara.

Bio plinsko postrojenje koncipirano je za kontinuirani proces fermentacije. Iz toga se u postupku proizvodnje ili kogeneracije može proizvesti 83,8 % upotrebljive energije, dok su ostalo gubici u pretvorbi.

Biowatt  je prvo i najsuvremenije bio plinsko postrojenje u RH koje koristi higijenizirani biotpad. Obradom bio otpada iz kantina, kuhinja te prehrambene industrije dobivamo električnu energiju koju vraćamo u elektroenergetski sustav.

4. LCA i metan. Prelaskom na energiju iz obnovljivih izvora energije trebat će osmislite mnoge proizvodne procese i lance snabdijevanja s računima rentabilnosti i LCA procjenama.

LCA (pokrata od engl. Life-Cycle Assessment), procjena životnog ciklusa proizvoda, tehnika je za utvrđivanje i procjenu ukupnog djelovanja na okoliš: izrade, korištenja i odlaganja proizvoda. To je sustavno vrednovanje ekoloških aspekata produkta ljudskog rada (proizvoda i usluga) kroz sve faze njegovog životnog ciklusa.

Kada se drvo zapali ono stvara ugljikov dioksid koji je dio stakleničkih plinova. No kada se napravi LCA procjena ukupnog djelovanja na okoliš, onda se mora izračunati koliko je drvo proizvelo ugljičnog dioksida kod izgaranja i koliko ga je stvorilo fotosintezom kod rasta. Bilanca je nula tj. drvo nije štetno za okoliš. Slično se može izraditi LCA procjena krave koja proizvodi 65 % proteina za ljudsku prehranu, ali koja proizvodi i štetan staklenički plin metan. Krava pase travu( također i  alergen ambroziju) koja također raste pomoću fotosinteze uzimajući ugljikov dioksid iz zraka i dajući mlijeko koje je nezaobilazna hrana. No krava daje i stajsko gnojivo iz kojeg se može praviti metan, ali i gnoj za stvaranje humusa njiva i travnjaka. U Indiji se kravlja balega suši i služi kao gorivo za peći i za proizvodnju metana. Zbog čuvanje bio mase šuma stanovnici  Švicarske ne  krče  šume  zbog  groblja nego pepeo pokojnika stavljaju pokraj stabla. Vlast u Japanu stimulira ljude da napuste  Tokio i otiđu živjeti u ruralni dio  Japana uz  poticaj od  milijun jena 

 Protein u ljudskoj prehrani potječe 65 % od životinja, a 35 % od bilja. Tako znanstvenaLCA analiza dokazuje kako se za 100 g proteina kojeg konzumiramo od sira proizvede 11 g, dok iz tofu vegetarijanske prehrane samo 2 g CO₂ eq.

---

[i] Bio- Energie,Fischer alternativ, Frankfurt am Main, 1978 str 47

 

[ii] Bio- Energie,Fischer alternativ, Frankfurt am Main, 1978 str 128