Click here to load reader

2. Resursi

  • View
    31

  • Download
    5

Embed Size (px)

DESCRIPTION

resursi

Text of 2. Resursi

  • 13

    RESURSI MATERIJALA Poglavlje 2 2.1 Uvodna razmatranja Pouzdani zakljuci o ovekovom uticaju na ivotno okruenje ne mogu se izvesti ukoliko se ne raspolae podacima o koliinama materijala koje ovek eksploatie iz utrobe Zemlje i sa njene povrine, modifikuje ih i odbacuje nakon upotrebe u to isto ivotno okruenje, menjajui na taj nain njegovu strukturu. Proizvodnja i prerada materijala je u vrlo bliskoj korelaciji sa potrebama za njima. Postavlja se pitanje koliko su te potrebe zaista velike? Polazna taka za ova razmatranja je statiki prikaz rezervi koji na prvi pogled ostavlja utisak da su one enormne i neiscrpne. Naravno, ovakav prikaz nije realan, jer razvoj i eksploatacija imaju dinamiki karakter pa samim tim ni prikaz nije statian. Razvoj je danas glavni pokreta potroake ekonomije. Meutim, on utie i na rast potronje materijala i energije. Brzina porasta potronje moe da bude linearana, tj. da se poveava konstantnom brzinom, ali je mnogo ee eksponencijalna. Odatle proizilazi da je upravo eksponencijalni rast utroka materijala, preduslov razvoja, a samim tim i vieg standarda i lagodnijeg ivota. Eksponencijalni rast industrijske proizvodnje (itaj i utroka materijala) ima ve opisanu karakteristiku koja se naziva vreme dupliranja proizvodnje td. Ovaj parameter karakterie period vremena u okviru koga se proizvodnja nekog materijala duplira po koliini. Utroak mineralnih resursa, energije i vode - raste vrlo superiorno na eksponencijalan nain. To znai da trend tih utoraka ima svojstvo dupliranja, s tim to su vremena dupliranja za neke materijale veoma kratka. Neki resursi su veoma veliki pa ne postoji opasnost od brzog iscrpljivanja. Takvi su na primer resursi iz kojih se eksploatiu aluminijum, kalcijum, hlor, vodonik, gvoe, magnezijum, azot, kiseonik, kalijum, silicijum, natrijum i sumpor. Meutim, za druge tehnike materijale to nije sluaj jer su njihove rude lokalizovane a ekonomski raspoloive koliine limitirane. Otud svojstvo vremena dupliranja proizvodnje kod eksponencijalnog rasta postaje razlog za zabrinutost: potronja ne moe da se nastavi sa dupliranjem u nedogled. Sa druge strane i vaenje i prerada bilo kog materijala, bez obzira da li ga ima u izobilju ili ga ima, malo uslovljava veliki utroak energije, to znai da je i energija resurs o kome treba voditi rauna. Situacija oko iskorienja materijala izgleda poprilino alarmantno. Da li je to ba tako? Uzmimo za primer bakar. Prema analizama iz 1930. god. rezerve bakra su bile procenjene na 30 godina. Meutim, 2008. godine je iskorienje rezervi bakra ponovo procenjeno na 30 godina. Oigledno da ovde postoji jo neto osim eksponencijalnog rasta. 2.2 Utroak resursa tehnikih materijala Materijali U sadanjem trenutku utroak tehnikih materijala na globalnom, svetskom, nivou iznosi proseno 1,5 t svedeno na jednog stanovnika po godini. Meutim taj utroak niti je ravnomerno rasporeen po razliitim dravama niti se svi materijali podjednako troe.

  • 14

    Na slici 2.1 je prikazana grafika ilustracija potronje nekih najvanijih tehnikih materijala u logaritamskoj skali.

    Slika 2.1 Godinja svetska proizvodnja za 23 materijala od kojih zavisi savremeno industrijsko drutvo (logaritamska raspodela) Prvi plavi stubi na levoj strani grafikona predstavlja utroak fosilnih goriva (prvenstveno uglja i nafte) koji se trenutno koriste u koliini od fantastinih 9 milijardi (9x109) tona godinje. Naredni skup stubia nadesno prikazan braon bojom predstavlja utroak metala. Prvi braon stubi predstavlja utroak elika. Vizuelni pregled grafikona ostavlja utisak da je potronja elika neto malo vea od aluminijuma (koji je predstavljen narednim treim stubiem. U stvarnosti, utroak elika prevazilazi ak za faktor 10 sve ostale metale zajedno. elik moda nema perspektive u industriji u odnosu na sve atraktivniji titanijum, ojaane kompozitne materijale i od skora nanometale, ali njegova svestranost u upotrebi, vrstoa, ilavost, niska cena i iroka dostupnost su za sada neprevaziene. Sledeu grupu materijala predstavljaju polimeri; oni su prikazani sa etri plava stubia. Njihova potronja je pre pedesetak godina bila vrlo mala. Danas, potronja polimera koji se koriste kao roba iroke potronje (u obliku polietilena (PE), polivinil hlorida (PVC), polipropilena (PP) i polietilen tereftalat (PET) prevazilazi utroke bilo kog metala izuzimajui elik. Vrlo su veliki utroci i onih tehnikih materijala koji su povezani sa industrijskim konstrukcijama. To se, izmeu ostalog, odnosi i na drvo ija upotreba u konstrukcijama prevazilazi potrebe za elikom, ak i kada se utroak meri u tonama po godini (kao to je prikazano na slici 2.1). Vei je jedino utroak betona koji prevazilazi sve materijale zajedno. Sledei znaajan tehniki materijal je asfalt (za izgradnju puteva) i staklo. Zadnja kolona daje prikaz utroak perspektivnih tehnikih materijala poput onih ojaanih ugljeninim vlaknima. Samo pre 20 godina ovi materijali su bili na dnu liste primene i potronje, a danas se njihova potronja pribliava titanijumu. Brzina njihove potronje je trenutno znatno vea u odnosu na titanijum.

  • 15

    Slika 2.2 Grafiki prikaz potronje materijala po vrstama. Keramika dominira zbog enormne godinje potronje betona Na slici 2.2 neki od ovih podataka su predstavljeni na drugi nain: u vidu krunog dijagrama sa procentualnim masenim ueima svake grupe materijala ponaosob: metala, polimera, keramike i prirodnih materijala u ukupnoj potronji tehnikih materijala. Ovakav nain prikazivanja jr bolji jer logaritamska skala na slici 2.1 moe da zavara. Energija I pored toga to se ova knjiga bavi materijalima, nemogue je zaobii energiju koja je nerazdvojivo povezana sa proizvodnjom i preradom tehnikih materijala, njihovom upotrebom i kasnijim odlaganjem. SI jedinica energije je dul (J), ali kako je ona vrlo mala najee se koriste kJ (103 J), MJ (106 J), ili GJ (109J). Snaga predstavlja utroak enegrije: J/s, ili wat (W), ali kako je i to mala jedinica, u upotrebi se ee koriste kW, MW ili GW. U svakodnevnoj upotrebi je i kWh, to u ustvari predstavlja broj kW utroenih za 3600 s, tj. 1 kWh=3,6 MJ. Danas postoje na raspolaganju dve velike grupe izvora energije:

    Obnovljivi izvori energije (iji je glavni predstavnik energija Sunca koja se konvertuje na Zemlji u energiju vetra, hidromehaniku energiju ili bioloku i hemijski vezanu energiju u ivim elijama i organizmima, energija kretanja mora i okeana na bazi privlanih sila Meseca, i po nekima geotermalna energija koja se generie najveim delom nuklearnom dezintegracijom tekih radiogenih elemenata) i;

    Neobnovljivi izvori energije koji predstavljaju fosilizovanu formu solarne energije.

    Uoava se da su manje ili vie svi izvori ogranieni, ali je vremenska skala njihovih ogranienja za prvu grupu toliko velika da se slobodno moe rei da su oni neiscrpni. Kod izraavanja ukupne svetske potronje energije koristi se jedinica eksadul (simbol EJ, milijardu milijardi J odnosno 1018 J).

  • 16

    Slika 2.3 Globalna godinja potronja energije po izvorima. Jedinice sa leve strane su eksaduli (1018 J) a sa desne kWh Iznos svetske potronje energije 2008. god. bio je oko 500 EJ, i naravno, ta potronja raste. Raspoloivi izvori energije su prikazani na slici 2.4. Vidi se da dominira potronja fosilnih goriva (dakle neobnovljivih resursa) kojima se obezbeuje nekih 86 % ukupno potrebne energije (slika 2.4a). Upotrebom nuklearnih goriva se ostvaruje oko 7 % potrebne energije, energijom vetra, hidromehanikom energijom i konverzijom solarne u elektrinu oko 7 %. Zalihe suneve energije su enormne, ali za razliku od fosilnih i nuklearnih goriva u kojima je energija koncentrisana, suneva energija je iroko distribuirana, pa je osnovni problem u koncentrisanju te energije.

    Slika 2.4 Globalna potronja energije po: (a) izvorima i (b) upotrebi. Neobnovljivi izvori zasnovani na ugljeniku (nafta, gas i ugalj) uestvuju sa 86% Slike 2.3 i 2.4 su bazirane na takozvanim primarnim vidovima energije (fosilna, nuklearna i svi obnovljivi) koji se konvertuju u sekundarne (elektrina, energija tople

  • 17

    vode i vazduha, preraena goriva) i na kraju namenske-finalne vidove (svetlosna, elektromagnetna, toplotna i pogonska). Prilikom svake konverzije dolazi do odreenog gubitka energije. Ipak na osnovu prvog zakona termodinamike zna se da je najvei deo energije mogue konvertovati i korisno upotrebiti. Onaj izgubljeni deo prilikom energetske konverzije se manifestuje najee kao niskokvalitetna toplota medijuma niskih temperatura. Iz, za sada, nedovoljno jasnih razloga ona se gotovo ni malo ne moe iskoristiti. Veina ove energije jednostavno pobegne iz sistema za konverziju i tako je nepovratno izgubljena. Zbog toga, energetska konverzija kao nusprodukt generalno ima toplotu niskog kvaliteta. Izuzetak je konverzija elektrine energije u toplotnu energiju kod koje je efikasnost blizu 100 %. Energetska efikasnost razliitih oblika konverzije jednog fenotipa energije u drugi (slika 2.5), se znaajno razlikuje. Kada se kae da je konverzija idealna misli se da je ona iz jednog vida u drugi sprovedena bez gubitaka.

    Slika 2.5 est fenotipova energije. Svaki se moe transformisati u neki drugi, to je i grafiki oznaeno linijama, ali sa razliitom efikasnou konverzije U tabeli 2.1 su prikazane praktine efikasnosti razliitih energetskih konverzija. Vidi se da je efikasnost nekih konverzija vrlo mala (npr. konverzija solarne energije u elektrinu). Kao praktian nain za prikazivanje efikasnosti energetske konverzije se koristi izraz:

    iz

    ul

    PP

    Gde je Piz konvertovana energija, Pul energija uvedena u proces konverzije. Proizvodnja metala preradom njihovih oksidnih, sulfidnih ili karbonatnih ruda, na primer, podrazumeva konverziju hemijski vezane energije u rudama u energiju koja bi mogla (teoretski) da se regenerie reoksidacijom, rekarbonizacijom ili resulfidizujom metala. Ta regenirisana energija naravno

Search related