Budućnost je u ekološkom angažovanju energije

Traktori i pogonske mašine

Tractors and power machines

24

Biblid: 0354-9496(2011) 16: 3, p. 24-31 Naučni rad UDK: 631.372 Scientific paper

BUDUĆNOST JE U EKOLOŠKOM ANGAŽOVANJU ENERGIJE

THE FUTURE IS ECOLOGICAL ENGAGEMENT OF ENERGY

Pešić R.1, Adžić M.2, Petković S.3, Hnatko. E.4, Đokić D.5, Veinović S.1

REZIME Poljoprivredna industrija je postala životni džin koji utiče na sve ostale oblasti. Zato je naša ideja da u ovome izlaganju – analiziranjem istorije razvoja pogonskih mašina i energenata - pokažemo kako se ogromni inventivni potencijali mogu usmeriti nekad pravo u cilj, a nekad ekološki pogrešno da tačno promaše cilj. Kada se čovek umeša u biološke cikluse onda se iz plodnog zemljišta odnose biljke sa mineralima u njima. Pokupljeno rastinje se nekritički prevodi u bio sirovine, iz njih se dobije bio gorivo pa onda spali. Sagorevanje je tragičan ekološki potez za biljke jer je nepovrativ. Sprečena je prirodna ponovljivost životnih funkcija kojima se minerali vraćaju pa sada ogoljeno zemljište postaje neplodno. Zemlja je vasionski brod određenih materijalnih i energetskih kapaciteta. Ljudska obaveza je da obuzda sve svoje aktivnosti na racionalan i ekološki prihvatljiv obim.

Ključne reči: bio goriva, globalno zagrevanje, konvencionalna goriva, prirodni izvori, zakoni prirode

SUMMARY The agriculture is a giant that affects all the areas of economy. For this reason, goal of this paper, making use of the history of development of machines and energy resources, is to show that it is possible to direct the huge invent potential of mankind either to the right goal - into the target, or environmentally wrong goal - to miss the target. When mankind takes part in biological cycles then soil loses minerals with the exploitation of vegetation. The harvested plants are transformed into bio-resources and burn as bio-fuels, mostly without critical analysis. Regarding biomass, burning is a serious act, as it is irreversible, after which, the soil 1 Prof. dr Radivoje Pešić, prof. dr Stevan Veinović, Mašinski fakultet u Kragujevcu, Srbija, mail:

[email protected]

2 Prof. dr Miroljub Adžić, Mašinski fakultet u Beogradu, Srbija, mail:[email protected]

3Prof. dr Snežana Petković, Mašinski fakultet u Banjaluci, Republika Srpska, [email protected]

4Prof. dr Emil Hnatko, Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu, Hrvatska, mail: [email protected]

5Dragan Đokić,dipl.inž., Grupa vozila ZASTAVA, Kragujevac, Srbija, mail: [email protected]

Traktori i p/m Tractors and p/m

Budućnost je u ekološkom angažovanju energije The future is ecological engagement of energy

Pešić, R., et al Vol.16.No.3.p.24-31, 2011.

25

degrades. The Earth is like a spaceship with limited material and energetic capacities. The responsibility of us, humans, is to control our activities to a rational and environmentally acceptable level.

Keywords: bio fuels, conventional fuels, global warming, natural resources, the laws of

UVOD Nije baš svima poznato da je život na planeti Zemlji moguć zbog postojanja „prirodnog efekta staklene bašte“. Gasovi sa efektom staklene bašte, pre svega vodena para H2O i ugljendioksid CO2, (kao i svi ostali gasovi u atmosferi) dozvoljavaju sunčevim zracima da prodru do Zemlje: ♦ da je osvetljavaju, ♦ da fotosintezom omogućuju život flori i fauni, i ♦ da se infracrvena toplota zadrži u atmosferi. Sva ova tri fenomena održavaju našu Planetu umereno zagrejanom, što je uslov za normalno odvijanje fizioloških funkcija svih živih organizama.

Ambijentalni gasovi na kojima počiva život na našoj Planeti su azot (N2 sa učešćem oko 78% u atmosferi), kiseonik (O2 sa učešćem oko 21%), argon (oko 1%), vodena para (H2O) i ugljendioksid (CO2). Kada na plodnom zemljištu (sa obaveznim biogenim mineralima) imamo zelene aktivatore (stomate) onda pod uticajem sunca, (pitke) vode i ugljendioksida oni proizvode hranljive komponente i kiseonik. Jedini prehrambeni proizvodi su sve vrste biljaka, sl. 1. Flora i fauna su jedinstvene mešavine raznih materija: azota, kiseonika, vodonika, ugljenika, minerala i zbirno svih u odgovarajućim DNK spletovima. Pri tome brzina prirasta bio mase, pored sunčeve svetlosti i temperature, veoma zavisi od koncentracije CO2 u okolini, sl. 2. Ponovimo da nema života bez vode (sa odgovarajućim sadržajem minerala) i ugljendioksida iako je on svrstan u „problematične gasove staklene bašte” (prema politički generisanom Kjoto protokolu) [1-3]!

Sl. 1. Ljudi i životinje se hrane biljkama, a njima trebaju svetlost, voda, CO2 i minerali Fig. 1. People and animals eat plants, and they need light, water, CO2 and minerals

Sl. 2. Brzina fotosinteze zavisi od prirode biljaka i količine CO2

Fig. 2. Speed of photosynthesis depends on the nature of plants and concentration CO2

U severnim i srednje - evropskim zemljama postoje navike da se na izvorištima toplih voda (banjama i saunama) prave tople staklene bašte u kojima ljudi ne mogu dugo da izdrže. Atomosfera je zagušljiva jer ima puno gasova: H2O i CO2. Takva atmosfera se opisuje kao “staklena bašta”. Zato je u ekologiji usvojeno da se topla vodena para i ugljendioksid zovu




26

„gasovima staklene bašte” . (Termini po švedskom fizičaru Svante Areniusu 1857 -1927).

Naša najviša obaveza je da kontrolišemo i zagrevanje i zagađenje okoline. Sva angažovana energija, zvali je mi "korisnom" ili "nekorisnom", u punom iznosu vodi globalnom zagrevanju. Uneti energetski sadržaji: iz vasione, iz zemljine utrobe, iz energenata ili pobuđeni svakodnevnim životnim aktivnostima ostaju u našem okruženju kao parazitski ambijent koji menja ekološke i genetske uslove na Zemlji. Svakodnevni život i sve ljudske aktivnosti uvek imaju isti kraj- zagađenje i zagrevanje [4].

INTELIGENTNO PONAŠANJE STANOVNIKA PLANETE ZEMLJE

Prvi periodi primitivne civilizacije su počivali na borbi čoveka sa prirodom. Posle uspešnog preživljavanja u tome obračunu često se glorifikuje trijumf nad prirodom. Ranije razvojne periode, zvali ih mi pred– ili post- industrijskim, generalno, karakteriše želja da se ovlada i pobedi priroda. Raspoloživa prirodna bogatstva su pokloni koje dugujemo narednim generacijama. Nerazumno aktiviranje energetskih i sirovinskih potencijala ubrzava razaranje životnog ambijenta.

Sebičnim ponašanjem, kao “POTROŠAČ”, homo sapiens, raskalašno tamani prirodna bogatstva za svoje potrebe opravdavajući ih ili dogovorenim ekonomskim ili zakasnelim ekološkim merilima, sl. 3. „DOMAĆIN“ aktivnosti započinje ekološkim odabirom pravih puteva za održanje života svoje i novih generacija, sl. 4 [5].

Mnogi ideali vide "postindustrijsku eru" kao doba u kome se pojedinci bave intelektualnim radom, a mašine završavaju sve ostale poslove. Iskustvo nam kaže da je teško ljudsku istoriju opisati isključivo kreativnim tehnološkim sadržajima uz ignorisanje političkih – pogotovu kada je reč o nafti! Takvi su zakoni prirode: ne postoje čisti oblici energije, ni "čista goriva", ni "čisti motori", ni "čista vozila", ni „čiste ljudske aktivnosti“. Sadašnje rezerve i poklone prirode - ugalj, naftu i gas - treba sve manje koristiti kao energente, a sve više kao sirovine [1].

Sl. 3. Razvoj civilizacije tokom sukoba sa

prirodom [5] Fig. 3. The development of civilization in

conflict with nature

Sl. 4. Ekološka svest kao garancija održanja života

Fig. 4. Environmental awareness as a guarantee to maintain life [5]




27

Najveće doprinose ekološkom produženju život na našoj planeti daju racionalne, ekonomične tehnologije i proizvodi štedljivi u angažovanju poklona prirode.

PROIZVODNJA I PRIMENA POGONSKIH I RADNIH MAŠINA Principi globalnog razmišljanja i lokalnog ponašanja su najvažniji pri oceni životnih ciklusa za velikoserijske industrijske proizvode. Sugestije i zahtevi za projektovanje novih i savršenijih mašina i postrojenja potiču od iskustva iz njihovog održavanja. Isto tako, krajnju ocenu o dotrajalosti daju bilansi koje sastavljaju stručnjaci za primenu po ekološkoj korektnost. Raniji kriterijumi za otpis mašina zbog mehaničke istrošenosti su zamenjeni ocenom o njihovoj ekološkoj dotrajalosti.

Da politika može da modifikuje sve ciljeve daje američko iskustvo sa propisima o ekonomičnosti vozila, sl. 5a. Na inicijativu predsednika Klintona 1993.g. osnovano je udruženje za projektovanje vozila nove generacije (PNGV Partnership for a New Generation of Vehicles). Celokupni proizvodni program svake firme mora da ispunjava propise o ekonomičnosti CAFÉ (Corporate Average Fuel Economy) u suprotnom slede stroge novčane kazne po svakom proizvedenom vozilu (takav rezon je bio sugerisan i za naš Yugo-America). Ekonomičnost po ovom standardu bi trebalo da se poveća tri puta u odnosu na 1993.g., tj. na 80 milja po galonu (2.94 litara/100 km) ili 106 g/mi CO2, uz nepromenjenu cenu, komfor i bezbednost vozila [6]!?

Tokom izborne kampanje 2000.g. predsednik J. Buš je promenio test (tj. dao nalog EPA agenciji da to uradi!). Time su sva vozila – i stara i nova – deklarisana po „novoj“ proceduri postala 10-12% ekonomičnija!?

Aktuelni predsednik SAD B. Obama pritisnut ultimativnim razrešavanjem američke ekonomske krize preko noći donosi predsedničku odluku (29. jula 2011.) o ekonomičnosti vozila od 4,4 litra/100 km u 2025.g. sa namerom da se tako prepolovi potrošnja nafte (uz jedan nenaglašeni simbol za elektro pogon vozila!), sl. 5b. Propisi koji omogućavaju realizaciju takve odluke trebali su da se donesu do 30. septembra 2011., ali već je najavljeno pomeranje tog datuma za novembar [7]!?

a) Klinton 1993 [6] b) Obama 2011 [7] Sl. 5. Predlog propisa o potrošnji goriva

Fig. 5. Proposed regulations on fuel consumption U celini je američka osionost na globalnom planu doživela poniženje ekonomskom krizom koja je u stvari više puta ponavljana zloupotreba “slobodne trgovine“ u obračunskim dolarima.




28

Godinama se trgovalo dolarom, a on se štampao jedino u SAD kao: „petro“, „ratni“ i slični dolari. Analogno političkom i vojnom prelazu sa ranijeg „hladnog rata“ na današnje stanje „hladnog mira“, neizbežna je suštinska ekonomska revizija svetskog ponašanja. Nemačka sugeriše zamenu „dolarskog slobodnog tržišta“ novom globalnom „fer trgovinom“ koja isključuje prikriveni ropski rad (još uvek aktuelan u bivšim kolonijama i nekim „istočnim zemljama“).

Čim se uvidelo kako se u „SAD olako daje politički značaj ekologiji“ u Evropi je promenjen američki sadržaj skraćenice CAFE u EU program borbe za čist vazduh (CAFÉ-The clean air for Europe).

Evropske automobilske firme neguju inventivno -stvaralačko razmišljanje. Ovde mislimo, pre svega, na „Opel“ koji je spajanjem i razdvajanjem od FIAT-a uveo „daunsajzing“ (eng. downsizing), fleksibilne platforme i brojne druge pametne novine. Opisivanje takvih razvojnih tema je posebno ilustrativno za strateške odrednice budućih vozila. Te ideje bi mogli prevesti na slikovit srpski antitezom „više iz manjeg“. Napredno izvedeni motori su lakši i ekonomičniji, a većom snagom podižu dinamičnost vozila koja se onda sa kompleksnim pogonskim agregatom (motor + menjač + kvačilo + kočnice + točkovi) može u celini racionalnije projektovati.

Ilustraciju primene „downsize“ ideje na radne mašine imamo na sl. 6. Ni jedno vozilo ne može više bez elektronike uzimajući u obzir sve njene prednosti i nedostatke.

Jedini izgledan alternativni pogon vozila je elektro. To što Tesline ideje o daljinskom i bežičnom prenosu energije nisu ostvarene nije prepreka da se tako nešto stalno pokušava. Električni pogon vozila je –trenutno- u razvojnoj fazi na nivou kombinacije akumulatora i elektromotora, i jednih i drugih, po idejama starim više od 100 godina.

Jednostavna definicija ekoloških problema kaže da se na vozila odnose dva fundamentalna upita. Prvi je generisanje otrovnih komponenata sagorevanjem. Drugi je zagrevanje okoline, povećanje koncentracije tro i više-atomskih gasova u prizemnim slojevima atmosfere i smanjenje sadržaja kiseonika. Ni nekoliko “naftnih šokova” nisu bili dovoljni kao opomene o konačnosti svih rezervi [8].

PROIZVODNJA I PRIMENA NAFTNIH I ALTERNATIVNIH ENERGENATA

Završni deo izlaganja posvećujemo budućim gorivima. Današnje rafinerije imaju sopstvenu

Sl. 6. Princip „downsizing“ uz

puno elektronike se primenjuje u svim pogonskim mašinama Fig. 6. The principle of

"downsizing" with a lot of electronics is used in all power

machines




29

potrošnju od 10 do 15 % ukupne količine prerađene nafte zavisno od toga koju vrstu goriva proizvode.

Sl.7. Prognoze o nestanku energenata na

zemlji [9] Fig. 7. Predictions about the disappearance of

energy on earth

Sl. 8. Višegorivi motori kod kojih su bio goriva aditivi naftnim [10,11]

Fig. 8. Bio fuels are an additives in multy fuels engines

Prema proračunima, na osnovu sada poznatih rezervi i trenutne potrošnje, rezerve pojedinih fosilnih goriva biće potrošene vrlo brzo. Sve zalihe nafte u svetu biće iscrpljene 22. oktobra 2047. godine, i to u 20.58 sati, navedeno je na evropskom energetskom portalu, sl. 7. Sledeći u redu "ugroženih energenata" je prirodni gas, čije bi rezerve trebalo da budu potrošene 12. novembra 2068. godine u 9.25 ujutru, dok će uglja biti do 19. maja 2140. u 20.05. a urana do 28. novembra 2144.g. do 23:12 h. U saopštenju se naglašava da su ovako precizne "satnice" date da bi se javnosti što dramatičnije predstavilo stanje na sektoru neobnovljivih izvora energije i ukazalo na potrebu što hitnijeg prelaska na kompenzaciju sa delimično obnovljivim energentima [9].

Današnje studije u oblasti pogonskih agregata vozila su orjentisane na toplotne mašine i njihovo unapređenje. Više se ne očekuju neke bitne razlike između oto i dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem goriva u cilindre i varijabilnim stepenom kompresije, sl. 8.

Ako uvedemo motore sa promenljivim stepenom kompresije (tipa Diesel-Otto ili Otto/Diesel) onda više ne bismo imali podele na „benzine“ i na „dizel goriva“. Tada se motor sa promenljivim stepenom kompresije vodi po optimiziranom radnom procesu, bilo po oto bilo po dizel ciklusu [10,11]. Mehanički rad se dobija uz najmanju potrošnju goriva i uz prihvatljivu ekološku valjanost. Takvi motori kontinualno prelaze na dvogorivi pogon: ♦ GORIVO su naftni benzini sa oktanskim brojevima od 80 do 100, a ADITIVI su alkoholi

sa oktanskim vrednostima preko 100. ♦ GORIVO su naftna dizel goriva sa cetanskim brojevima 40-60, a ADITIVI su bio

goriva sa cetanskim vrednostima preko 60. Kada počne proizvodnja tih novih motora njih će podržavati "nova" goriva, u stvari kombinacije termogenih materija i aditiva za podizanje pogonskih (i cetanskih i oktanskih) i upotrebnih karakteristika vozila. Dovoljno je imati jedno energetski definisano gorivo njegovom toplotnom moći. Tada su suvišni „oktanski“ ili „cetanski“ brojevi i samim tim komplikovana rafinerijska postrojenja za „visoko-oktanske benzine“, za „visoko-cetanske dizele“ i slično. Rafinerije bi manje trošile, više proizvodile i nudile energetski i ekološki




30

kvalitetnija goriva [11].

ZAKLJUČCI Ne postoji ni „korisna“ ni „nekorisna“ energija. Jednom aktivirana energija u punom iznosu prelazi u toplotno opterećenje okoline. To je Pandorina kutija. Zato sve ljudske aktivnosti vode do zagađenja i zagrevanja životnog ambijenta.

Za detaljnije razumevanje globalnih odnosa moraju se još jednom prostudirati radovi našeg i svetskog “kosmičkog” naučnika Milutina Milankovića, sl. 9a. Više od 18.000 naučnika je podnelo peticiju protiv političkih zloupotreba ekoloških tema, sl. 9b. Teško je unapred predvideti tačnu putanju nebeskih tela u dužem periodu, sl. 10a, a još teže uticati na klimatske promene koje su jednim delom posledice takvih prostornih putanja naše Planete, sl. 10b.

Rezerve svih fosilnih goriva su na izmaku. Dok bude nafte takvim gorivima trebaju aditivi koji mogu biti na bazi bio sirovina. Ako se jednog dana aktiviraju drugi izvori goriva onda će naftni aditivi pomagati njihovim motorskim osobinama. Stalan radni zadatak, na svim nivoima, je smanjenje potrošnje goriva i redukcija toksičnosti sagorelih gasova.

Sl. 10a. U sunčevom sistemu postoje „stalna“ i

„prolazna“ nebeska tela Fig. 10a. In the Solar System are "permanent"

and "transient" celestial body

Sl. 10b. Putanje nebeskih tela su rezultante uzajamnog dejstva [14] Fig. 10b. Trajectories of celestial

bodies are a resultant their mutual effects

Temelj humanog obrazovanja i vrhunac naučnih dometa su zakoni prirode. Demografski rast i angažovane materijalne sirovine moraju biti izbalansirani u svakoj generaciji. Zato je omiljena

Sl. 9a. Ciklusi M. Milankovića [12] Fig. 9a. The cycles M. Milankovich

Sl. 9b. Peticija naučnika u svetu [13] Fig. 9b. The petition of scientists in the

world




31

uzrečica o "pozajmljenoj Planeti" pravi moto života. Kontinualni tehnološki napredak nagoveštava uporedivost broja ljudi sa najvažnijim čovekovim pomoćnicima. Time se brzo dolazi do granica rasta u materijalnim, energetskim i ekološkim okvirima naše Planete.

Jedini put za produžetak života i blagostanje na svim kontinentima je neograničeni rast ljudskog stvaralaštva.

ZAHVALA Rad je rezultat istraživanja u okviru projekta TR 35041 koji finansira Ministarstvo za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbija.

LITERATURA [1.] Pešić R., Petković S., Hnatko. E., Veinović S.: Antropogeno globalno zagrevanje i obnovljive energije, Traktori

i pogonske mašine, ISSN 0354-9496, vol. 15, br. 2/3, str. 101-108, 2010. [2.] R. Pešić, S. Petković, E. Hnatko, S. Veinović: Antropogeno globalno zagrevanje, Kjoto protokol i ekologija

transporta, Traktori i pogonske mašine, ISSN 0354-9496, vol. 13, br. 3, str. 43-50, 2008. [3.] Robinson, et al., Environmental Effects of Increased Atmospheric Carbon Dioxide, Journal of American

Physicians and Surgeons (2007) 12, pp.79-90. [4.] R. Pešić, S. Petković, S. Veinović: Motorna vozila - Oprema, Mašinski fakultet u Kragujevcu i Mašinski fakultet

u Banja Luci 2008, knjiga od 536 strana, ISBN 978-99938-39-20-0, COBISS.BH-ID 750872. [5.] D. Gruden: Varovanje okolja v avtomobilski industriji, Izolit, Ljubljana 2011, knjiga od 504 strana ISBN 978-

961-6625-46-3, (Prevod sa nemačkog: Umweltschutz in der Automobilindustrie, Vieweg + Teubner Verlag, GmbH. Wiesbaden, 2008.)

[6.] PNGV Partnership for a New Generation of Vehicles, http://www.fueleconomy.gov/ feg/pngv.shtml, accessed on 2011-09-07

[7.] President Obama Announces Historic 54.5 mpg Fuel Efficiency Standard, The White House, Office of the Press Secretary, July 29 2011, http://www.whitehouse.gov/the-press-office/2011/07/29/president-obama-announces-historic-545-mpg-fuel-efficiency-standard, accessed on 2011-09-07

[8.] Raw materials - Defining 'critical' raw materials, http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/critical/index_en.htm, accessed on 2011-09-03.

[9.] Europe’s Energy Portal http://www.energy.eu/#headlines , accessed on 2010-04-07. [10.] R. Pešić, E. Hnatko, S. Veinović: Prednosti modernih tehnologija kod pogonskih motora u poljoprivrednoj

mehanizaciji, Traktori i pogonske mašine, ISSN 0354-9496, vol. 10, br. 3, str. 39-45, 2005. [11.] R. Pešić, A. Davinić, S. Veinović: One engine for all fuels – one fuel for all engines, 10th EAEC European

Automotive Congress, Belgrade 30th May -1st June, 2005., Proceedings ISBN 86-80941-30-1 – Paper EAEC05YU-EN01 - Page 1-10

[12.] Milutin Milankovitch - http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Milankovitch/, accessed on 2011-05-08. [13.] Petition project, - http://www.oism.org/pproject/ , accessed on 2011-04-07. [14.] Hays, J.D.; Imbrie, J.; Shackleton, N.J. (1976). "Variations in the Earth's Orbit: Pacemaker of the Ice Ages".

Science 194 (4270): 1121–1132. Rad primljen: 25.10.2011. Rad prihvaćen: 05.11.2011.

Documents

Budućnost je u ekološkom angažovanju energije