Pokusom prema održivosti

Legenda kaže: idu dva Grka i primijete na tlu crnu mlaku. Prvi kaže - Crno je kao ugljen - dok drugi primijeti - Ali je tekuće kao voda. - Ugljen gori, možda bi gorjela i ta tekućina - kaže prvi. - Ali ta je crna tekućina slična vodi, a voda ne gori  - logički odgovori drugi. Takve diskusije s točnim logičkim zaključcima trajale su mjesecima, a onda se pojavi treći Grk i kaže: - Probajmo to zapaliti.
Konačno, Grci zapale crnu tekućinu i otkriju naftu. Tako je nastao  pojam pokus, a otkriće nafte pomoću pokusa ima mnoge koincidencije s današnjim stanjem svjetonazora o održivosti iklimatskim promjenama. Postoji mnogo logičkih zaključaka, ali je premalo pravih pokusa za povećanje  uvjerenja o promjeni  ljudskog ponašanja prema Zemlji.

Pokus ili eksperiment je hotimično izazivanje neke pojave zbog opažanja, promatranja, istraživanja i mjerenja te utvrđivanja odnosa uzroka i posljedica. Valja razlikovati pokuse u prirodnom okruženju promatranoga objekta  in vivo (uživo)  ili u laboratorijskim uvjetima in vitro (u staklu). Uz  pojam pokusa vezan je i pojam iskustvo - zbir ljudskih  znanja i vještina skupljenih na temelju brojnih  pokusa. Primjerice, Wilhelm Conrad Röntgen je pokusom otkrio X-zrake  još 1895. godine - koje su po njemu dobile naziv rendgenske - a tim je otkrićem uvelike unaprijedio medicinsku dijagnostiku pa možemo reći da je njegov pokus pretvoren u svakodnevno iskustvo. ( Jesi li bio na rendgenu,  je li kost slomljena?)

Tako su pokusi i ispitivanja nužni i za stvaranje novih načela i svjetonazora o održivosti života na Zemlji - koje  trebali bi prihvatiti svi društveni slojevi. Već su stvoreni neki pojmovi -  održivost, održivi razvoj, ekološki otisak i brojna načela optimizacije i učinkovitosti u  svakodnevici ljudskog ponašanja. O toj temi se stalno održavaju i raznekonferencije po cijelom svijetu.

Zelena načela. Stručnjaci različitih  tehničkih struka počeli su objavljivati svoja  zelena načela novog ponašanja u proizvodnji i trošenju izvora za  život koje nam nudi Zemlja. 

 Poznato je dvanaest načela zelene kemije od kojih ću pokušati objasniti samo neke. Kako bismo postigli poželjne ciljeve održivosti u okolišu valja krenuti od razine atoma. Prvo načelo prevencije poznato je iz svakodnevnog života - bolje spriječiti negoli liječiti. Dakle, spriječiti ili minimalizirati  otpad koji nastaje nakon kemijske reakcije. Drugo načelo je nazvano atomska ekonomija. Sintetske metode treba planirati pokusom tako da se u proces stvaranja konačnog  proizvoda maksimalno uključuju svi materijali (atomi). To se načelo može ilustrirati proizvodnjom lijeka Aspirin koji se uzima stalno ili povremeno protiv mnogih bolesti. Godišnje se u svijetu troši oko 40.000 tona Aspirina, a sintetski je prvi put proizveden 1897. godine u  tvrtki Bayer. Aspirin je kao i domaći lijek Andol zapravo acetilsalicilna kiselina formule HOOC (C₆H₄) OCOCH₃,  molekularne mase 180,2. Aspirin se proizvodi iz reaktanta ili sirovina salicilne kiselina C₆H₄(OH)COOH  molekularne mase 138,1  i anhidrida octene kiselina (CH₃CO)₂O    molekularne mase 102,1. Atomska se ekonomija zalaže da se kod kemijskih sinteza i procesa ugradi što više atoma iz sirovina u atome molekule krajnjeg proizvoda, u ovom slučaju Aspirina. Načelo atomske ekonomije izražava se s postotkom  po jednadžbi:  mol. masa aspirina 180, 2/(mol. masa reaktanta 138,1+102,1) x100 = 75 %

To znači da je 75 %  atoma molekula  sirovina ugrađeno  molekulu Aspirina što se smatra održivom i učinkovitom kemijskom reakcijom. Zaključak tog načela jest kako kemičari u svojim laboratorijima moraju tražiti mnoge sirovine kako bi dobili  pokusima optimalan proizvod povoljan za okoliš.

U ostvarivanju ostalih načela zelene kemije znanstvenici primjenjuju mnoge  pokuse, metode, modele, optimiranja i ispitivanja: primjena manje opasnih kemijskih sinteza, dizajn procesa  uz energetsku učinkovitost, sigurna otapala i pomoćna sredstva, projektiranje sigurnih kemikalija.  Većina znanstvenika mašta i promišlja kako bi nekim pokusom došli do važnog otkrića ili čak štoviše,  kako bi oborili neke ustaljene teze i teorije. Mogućnost ponavljanja pokusa važna je za njegovu vjerodostojnost. Dokaz koji se ne može ponoviti pokusom i tako opravdati ne smatra se znanstvenim dokazom. Mnogi inženjeri i tehničari promišljaju kako bi nekim pokusom stvorili izum koji bi se moglo patentirati. U najranijoj  školskoj dobi djecu valja poticati maštanju i eksperimentiranju  što se može obavljati u školskim laboratorijima ili vrtovima. Studenti na  fakultetima, a i inženjeri u proizvodnim pogonima moraju prije pokusa  čitatipatentnu dokumentaciju koja je najveći izvor tehničkog znanja i iskustava.

Planiranje  pokusa (DOE - Dizajn pokusa ilieksperimenta) je važan pojam kod svih vrsta pokusa. DOE je sustavna metoda za određivanje odnosa između faktora (činitelja, čimbenika) koji utječu na procese i rezultata tog procesa. Po tim načelima od djelatnika u laboratoriju se traži da broje atome, a i domaćica kad peče kruh mora voditi brigu o svakom gramu brašna ili svakom vatsatu utrošene energije kada koristi perilicu za rublje ili suđe. Naime domaćice imaju na raspolaganju veliku snagu električnih trošila izato nose veliku odgovornost da pokusima kod korištenja trošila postignu povoljnu energetsku učinkovitost.

Električna energija koju troše kućanske perilice rublja čini značajan udio u ukupnim potrebama kućanstava za električnom energijom. Osim već postignutih poboljšanja energetske učinkovitosti, kod kućanskih perilica rublja postoje velike mogućnosti za daljnje smanjivanje potrošnje energije. DELEGIRANA UREDBA KOMISIJE (EU) br. 1061/2010 EU Europskog parlamenta i Vijeća u pogledu označivanja energetske učinkovitosti kućanskih perilica rublja „prisiljava“ proizvođače perilica da označe u specifikacijama koliko se godišnje  troši struje i vode za pranje rublja. Godišnje  za 220 pranja rublja (pamuk 8 do 9 kg) perilice troše od 136 do 151 kWh i vode od 8100 do 9400 L, što daje  mogućnost minimaliziranja tih  vrijednosti  pomoću pokusa. 

Evo dva pojednostavljena primjera (bez statističkih računanja) planiranja pokusa  kod pečenja kruha i pranja rublja.

		Pranje rublja -pamuk
	Postupak	Temp.	Centrifuga	Potr. energije	Učinak cijeđenja
		0C	okr./min	kWh	%
	1	60	1200	0.84	80
	2	60	600		55
	3	40	1200	0.67	80
	4	40	600		55
	Varijable:
	Snaga perilice od 2 do 2,4 kW
	Vrijeme pranja od 160 do 180 min.
	Učinak cijeđenja: od 55 do 80%
	Potrošnja vode: od 49 do 52 L
	Punjenje: od 3,5 do 7 kg

Pomoću vatmetra koji se prikljući između utičnice i perilice može se izmjeriti potrošnja energije za     pranje rublja  po bilo kojem postupku ili ciklisu pranja.

Pečenje kruha:Velika raznolikost receptura kruha iskustvom je stvorena još od biblijskih vremena[i]. Najčešći sastojci kruha su: 180 ml vode, 220 ml mlijeka, 2 žlice margarina ili maslaca, 2 žličice šećera, 2 žličice soli, 600 g brašna tip 550, žličica i pol suhog kvasca. Domaćica  može  pokusom pečenja kruha umjesto mlijeka uzeti jeftiniju sirutku, ostatak kod proizvodnje sira. Ili može dodavati sjemenke bundeve ili oraha. Mnogi se pokusi - ne samo u industriji - izvode nesistematično ad hoc. Naime, uzima se najčešće metoda pokušaja i pogrešaka samo s jednim  neovisnim faktorom (X) kao što je  zamjena mlijeka sirutkom. Karakteristična varijabla (Y) je  ovisna veličina mjerljiva ovim  pokusom:  okus, tvrdoća kruha, šupljikavost, trajnost. Mliječna kiselina sirutke je dobar konzervans. Pokus opisujemo kao funkcija Y=f(X) gdje se mijenja količina sirutke (X) a promatra se i mjeri trajnost (Y). Pri planiranju pokusa postoje i kontrolirani faktori koji se tijekom pokusa ne mijenjaju kao što je vrijeme  pečenja i temperatura pećnice. Za razumijevanje planiranja pokusa valja objasniti još  i razinu faktora. U slučaju pečenja kruha sa sirutkom količina sirutke može biti 220 ml ali i 180 mililitara za jedan kruh. Za zamjenu 220 mL mlijeka s 220 mL sirutke potrebna su dva pokusa -  recimo, ispituje se okus i trajnost, ali temperatura pečenja i vrijeme mora biti isto. No, ako se mijenjaju razine kod neovisnog faktora primjerice 220 i 180 mL  onda je potrebno više pokusa. Tako se za dvije razine i dva neovisna faktora mora obaviti 2²  ili 4 mjerna postupka

 Pečenja kruha. Kruh ima sedam sastojaka pa ako dodamo temperaturu i vrijeme pečenja onda postoji devet neovisnih varijabli koje bi trebalo varirati (mjernim) postupkom u dvije razine pa bi bilo  potrebno 2⁹ = 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 = 512 pokusa da se  temeljitije ispita pečenje kruha, što je praktično nepotrebno. Valja shvatiti kako za više razina faktora kod pokusa  znači dodati više ili manje  vode, brašna,  maslaca, kvasca, šećera  ili viša ili niža temperatura pečenja.

Pranje rublja: kod pranja rublja postoji veliki broj neovisnih  faktora (  punjenje, vrsta tkanja, mrlje, vrijeme pranja, količina vode)  koji utječu na karakterističnu varijable kao što su potrošnja energije ocijeđenost i izgleda  rublja. Često se mora uzeti u obzir treba li ili ne glačati rublje tj trošiti ili ne dodatnu energiju. Na priloženoj tablici su prikazani faktori za  četiri postupka s kojima se može praviti pokuse. Uzete su dvije temperature pranja 40 i 60 ⁰C, dvije razine centrifugiranja 600 i 1200 okr/min. Mjeri se potrošnja energije i mokrina rublja (iscijeđenost).  

Zadatak u planiranju pokusa je tražiti optimalni broj postupaka,  kako bi se dobio dobar i trajan (robustan) proizvod. Najčešće se pokusi obavljaju na dvije razine uz tri ili četiri neovisna faktora.

 Metode planiranja pokusa koriste  proizvođači  pekača za kruh  i  perilica gdje su neke varijable postavljene kao konstante npr masa kruha ili rublja, a dopustio  domaćici da mijenja neke druge varijable  ili cikluse pomoću tipkala kako bi se dobio kruh s tamnijom korom ili rublje s više ili manje vode  poslije pranja.

Jednom sam prilikom vidio kako u Njemačkoj uče djecu kuhati jela. Kraj električnog štednjaka bilo je veliko električno brojilo koje je odmah pokazivalo koliko su kilovatasati  energije potrošili kod pripreme. Naime, ako se kuha ili peče na električnom štednjaku za utrošak kilovatsata energije potrebno je različito vrijeme u odnosu na mikrovalnu pećnicu snage 700 ili 2400 W. Primjerice, da bi se potrošio  jedan kilovatsat  energije mikrovalna pećnica će biti uključena sat i 25 minuta dok  će električna pećnica biti uključena 25 min. Kako bi ispekla kruh domaćica uz to treba uzeti u obzir dodatne  faktore ili nepoznanice kao što su vrst brašna, količina vode i aditiva te temperatura na kojoj  će se kruh  peći. Domaćica, moje iskustvo, može koristiti kišnicu za pranje  rublja kako bi rublje bilo bjelje i kako bi se minimalno potrošilo deterđenta. Korištenje kišnica (gustjerne cisterne ) su postale imperativ u današnje vrijeme.

---

[i] Osmog dana neka uzme muško janje bez mane, jedno žensko od godinu dana također bez mane tri desetine efe najboljeg brašna i zamiješana u ulju za žrtvu prinosnicu i log ulja.  Biblija, Levitski zakonik 14,10-11 (stare biblijske mjere: efa=1/3 hL, log ~1/2 litre)