Napisao:

____________________Mladen Marinkovi

Francusko-srpska privredna komoraKosovska 10, 11000 Beograd21.04.2014. godine

Esej na temu:Kako emo se kretati u budunosti?

1. Uvod2. Energija

2.1. Fosilna goriva2.2. Nuklearna energija2.3. Obnovljivi izvori energije (OIE)

2.3. a) Solarna energija2.3. b) Energija vetra2.3. c) Energija talasa2.3. d) Energija reka2.3. e) Geotermalna energija2.3. f ) Skladitenje energije

2.4. Svemirska solarna energija2.5. Fuzija

3. Tehnologije i njihova primena4. Saobraaj

4.1. Kopneni saobraaj4.1. a) Elektrini automobil4.1. b) Elektrini/vodonini kamion4.1. c) Elektrini motorcikli i skuter4.1. d) Elektrini bicikl4.1. e) Vakumski levitirajui voz (Maglev) i Hiperlup (Hyperloop)

4.2. Pomorski saobraaj4.2. a) Vetro/hidro/solarno/vodonini teretni brod4.2. b) Solarne jahte

4.3. Avio saobraaj4.3. a) Vodonini avion4.3. b) Hipersonini orbitalni avion (Skylon i A2 koncept)4.3. c) Solarni diriabl

5. Zakljuak6. Reference

11234578899

12121316171720202121232323242424252526

Sadraj

1 Razvoj tehnologije tokom prve industrijske revolucije sredinom 18. veka, zauvek je promenio nain na koji se obavlja transport dobara i ljudi. Takoe ova prekretnica u istoriji donela je sa sobom i nove trendove. Naunicu su jo u drugoj polovini 19. veka poeli da istrauju uticaj CO2 u atmosferi na temperaturu i klimatske promene. Iz ovog istraivanja je proistekla teorija o efektu staklene bate. Uprkos ovim istraivanjima, razvoj parne mainerije, pokretane energijom uglja je nastavio da raste. eleznice su spajale gradove, pa ak i kontinente, inei transport ljudi i resursa neuporedivo lakim. Pronalazak motora sa unutranjim sagorevanjem svakako je ubrzao trend porasta koliine CO2 u atmosferi.

Danas, kada su vie nego jasne posledice primene ovih tehnologija, kada je svetska populacija u dramatinom porastu, i kada doba interneta omoguava globalnu komunikaciju u realnom vremenu, javlja se svest da neto drastino mora da se promeni u nainu na koji koristimo energiju. Dananji udeo transportnih vozila u emisiji tetnih gasova sainjava ak 13% svih globalnih emisija na godinjem nivou. Pored injenice da se veliki udeo transporta obavlja vozilima sa motorom sa unutranjim sagorevanjem, pojavljuju se novi trendovi koji obeavaju zeleniju budunost. U ovom radu emo pokuati da odgovorimo na neka od ekoloko/ekonomskih pitanja vezana za globalno zagreavanje i upotrebu fosilnih goriva, kao i pitanje budunosti transporta do kraja ovog veka.

Kako bi sagledali budunost transporta neophodno je prvo spoznati tipove energije koje e omoguiti primenu novih tehnologija u saobraaju. Trenutni izvori energije se veinom baziraju na upotrebi fosilnih i nuklearnih goriva, te su samim tim ogranieni i u smislu dostupnosti konani. Dananje potrebe za energijom se mogu svrstati u 3 oblasti:

1. Generisanje elektrine energije (za industrijske i rezidencijalne potrebe)2. Generisanje toplotne energije i (za grejanje objekata, potrebe industrije itd.)3. Generisanje kinetike energije (za pokretanje vozila i maina)

Danas, za generisanje elektrine i toplotne energije se preteno koriste ugalj i zemni gas kao izvori, dok se za potrebe kretanja, tj. kinetike energije koriste derivati nafte. Toplotna energija se takoe dobija iz geotermalnih izvora, mada je ovaj metod ogranien geografskom dostupnou, dok se elektrina energija jo dobija konverzijom kinetike energije reka, vetra i talasa, i hemijskim putem tj. cepanjem atoma u nuklearnim reaktorima. Neki od ovih resursa su dostupni u ogranienim koliinama, dok ostali predstavljaju nepresunu energiju prirodnih ciklusa koji se odvijaju na Zemlji. Druga podela bi bila prema tipu energenata koji se koriste u procesu dobijanja energije. Ovom podelom energente delimo na:

1. Fosilna goriva2. Nuklearna goriva i3. Obnovljive izvore energije (OIE)

Uvod

Energija

Izvor: Improve Photography FB

2 Ako bismo mogli da imenujemo jednu najuticajniju komponentu modernog doba, to bi definitivno bila fosilna goriva. Nafta, ugalj i zemni gas imaju iroku primenu u industriji, kao i vozilima sa motorom sa unutranjim sagorevanjem, to ih ini jednim od najzastupljenijh resursa dananjice. Takoe, ovi resursi predstavljaju jedan od glavnih izvora energije za globalnu ekonomiju. Njihova dostupnost je ograniena samo na odreene geografske lokacije u svetu, to znai da samo zemlje u kojima se ovaj resurs nalazi u znaajnim koliinama ne moraju isti uvoziti za pomenute potrebe. Opta primena nafte i njena rastua potranja su stvorile zavisnost celog sveta od ovog resursa, to je esto bilo tema raznih politikih konflikata.

Usled rasta potranje, a samim tim i potronje ovih resursa, rastao je i sadraj tetnih gasova u atmosferi koji nastaju prilikom sagorevanja. Ugljen dioksid, kao najzastupljeniji proizvod sagorevanja, danas ima veliki uticaj na globalno zagrevanje i stvaranje efekta staklene bate. Solarna radijacija prodire kroz atmosferske slojeve i dopire do zemlje pretvarajui se u toplotnu energiju, ali usled poveane koncentracije CO2 u atmosferi ova toplotna energija ne moe da napusti Zemlju, obzirom da je gasovi u atmosferi apsorbuju. Ovo dovodi do porasta temperature, usled injenice da je primljena energija vea od emitovane. Koncentracija ovog gasa je, od poetka prve industrijske revolucije do danas, znaajno rasla, a shodno sa njom i prosena temperatura na Zemlji. Dananji sadraj CO2 u atmosferi iznosi 398.03 ppm, za razliku od oko 280 ppm koji je bio zastupljen na poetku industrijske revolucije.

Ovaj trend porasta koncentracije tetnih gasova doveo je do znaajnih klimatskih promena u zadnjih par decenija. Svedoci smo sve veeg broja vremenskih nepogoda velikih razmera i intenziteta usled porasta nivoa mora uslovljenog otapanjem leda sa polarnih gleera, kao i velikih sua u kontinentalinim delovima irom sveta. Takoe moemo videti kako svi ovi faktori utiu na ekosisteme. U zadnjih 30 godina dolo je do izlivanja preko 215.000 tona nafte u okeane, to je dovelo do pomora velikog broja ptica i morskog ivota u priobalnim podruijima irom sveta. Pored ovoga, polarna stanita se sve vie smanjuju usled otapanja leda sa gleera. Pored ostalog, intenzivno krenje uma je dovelo do smanjenja mogunosti ekosistema da apsorbuju ugljen dioksid iz atmosfere, ime se takoe doprinosi porastu koncentracije pomenutog gasa.

Uprkos svim ovim aspektima, fosilna goriva predstavljaju osnov moderne industrije. Ugalj i zemni gas se koriste kao goriva u veini elektrana radi podmirivanja potreba stanovnitva i industrije za elektrinom energijom. Sagorevanjem ovih resursa se oslobaa toplotna energija koja se koristi za zagrevanje vode i njeno pretvaranje u vodenu paru radi pokretanja parnih turbina i generisanja elektrine energije. Problem sa ovim nainom generisanja eletrine energije, ak i kod visoko efikasnih turbina, je taj to se od ukupne

Fosilna goriva

3ulazne energije uglja ili zemnog gasa samo 40% pretvara u izlaznu energiju, dok ostalih 60% odlazi na gubitke u sistemu u vidu toplote. Rafinisanjem sirove nafte dobijaju se jedninjenja koja se koriste u izradi raznih proizvoda, poev od bitumena za puteve i hidroizolaciju, preko raznih maziva, goriva za pokretanje prevoznih sredstava, hemikalija za farmaceutsku, poljoprivrednu i prehrambenu industriju, do tenog gasa za grejanje. To znai da cena sirove nafte ima direktan uticaj na cenu svih proizvoda koji proizilaze iz procesa njene obrade, kao i indirektan uticaj na sva dobra koja se transportuju bilo kojim vozilom koje poseduje motor sa unutranjim sagorevanjem. Zvaninici Svetske Energetske Organizacije (IEA) smatraju da je proizvodnja nafte na svetskom nivou najverovatnije dostigla svoj vrhunac tokom 2006. godine, kada je postignut rekord od 70 miliona barela dnevno. Svedoci smo porasta u potranji sirove nafte zadnjih par decenija, usled ekonosmkog rasta i razvoja vodeih zemalja. Ovaj trend u poveanju potranje doveo je do porasta cena sirove nafte na svetskom tritu, to je za rezultat imalo da 11. juna 2008. godine jedan barel nafte dostigne cenu od 147 amerikih dolara, to je najvea ikada zabeleena cena. Ovo je jedan od mnogih dogaaja koji su doprineli poetku svetske finansijske krize.

Ono to su ova deavanja uinila oiglednim je da energija predstavlja osnovu ekonomije svake drave, te samim tim ima direktan uticaj na mnoge faktore u drutvu, kao to su ivotni standard, finansijska stabilnost, privredni rast i mnoge druge. Kako bi se postigla energetska sigurnost i time osigurao privredni rast i opti prosperitet, neophodno je drastino smanjiti zavisnost ekonomije od fosilnih goriva. Ovo podrazumeva smanjenje ili potpuno ukidanje upotrebe fosilnih goriva i prelazak na obnovljive izvore energije (OIE).

Tokom kasnih tridesetih godina prolog veka otkrivena je nuklearna fisija. Ovaj proces dobijanja energije ukljuuje cepanje atoma elemenata iz grupe Aktinoida, prevashodno uranijuma (U235), plutonijuma (Pu239) i torijuma (Tr232), pomou lanane reakcije emitovanja neutrona datih elemenata, tj. njihovih nestabilnih izotopa, ime se oslobaa velika koliina toplotne energije. Ova toplotna energija je iskoritena za zagrevanje vode, koja u vidu vodene pare pokree turbine i generie elektrinu energiju. Zahvaljujui prirodi elemenata koji se koriste kao gorivo (U,Pu,Tr), mogue je od male koliine nuklearnog goriva proizvesti veliku koliinu energije, to je svakako prednost. Meutim, kao proizvod cepanja atoma dobijaju se nestabilna jedinjenja elemenata manje molarne mase koja su visoko radioaktivna obzirom da proizvode beta i gama radijaciju. Takoe, vreme koje je potrebno kako bi se ovi proizvodi cepanja atoma stabilizovali, i time postali bezbedni, moe biti veoma dugo, u nekim sluajevima stotine hiljada godina mogu proi dok elementi izgube svoja radioaktivna svojstva i time postanu stabilni. Uzimajui u obzir ovu injenicu, skladitenje nuklearnog otpada predstavlja glavni problem ovog vida energije, zbog mogue kontaminacije podzemnih voda kao i zemljita.

Nakon liberalizacije nuklearne energije 1954. godine, u civilnoj primeni su postali zastupljeni reaktori sa vodenim hlaenjem (en. LWR Light Water Reactor), koji su predstavljali komercijalizovanu verziju prvih eksperimentalnih reaktora. U ovim reaktorima, voda pod visokim pritiskom se zagreva kroz proces fisije nuklearnog goriva, te se koristi za pokretanje turbina i proizvodnju elektrine energije, kao i distribuciju toplotne energije. Takoe, ista voda je potrebna kako bi odvodila toplotnu energiju od reaktora i time ga hladila, spreavajuui topljenje jezgra, sainjenog od cirkonijumskog kuita u kome se nalaze peleti nuklearnog goriva (en. SFR Solid Fuel Reactor). Kako bi voda konstantno cirkulisala, neophodna je upotreba pumpi koje bi pokretale vodu kroz sistem. Ovo moe predstavljati problem, obzirom da je pumpama potrebno konstantno napajanje. U novijim reaktorima III generacije, ovaj problem se prevazilazi upotrebom pomonog napajanja u vidu dizel generatora. Meutim, i pored svih tehnolokih zatita, ovaj koncept se u prolosti pokazao kao potencijalno opasan, dok su posledice njegovog kvara bile pogubne i za oveka i za ivotnu sredinu.

Nakon svega navedenog, postavlja se pitanje, da li je uopte mogue na bezbedan nain koristiti nuklearnu energiju? Odgovor bi bio, apsolutno. Proteklih godina razvili su se novi koncepti za IV generaciju nuklearnih reaktora, koji imaju potpuno novi pristup fisiji. Jedan od najverovatnijih koncepata koji bi mogao da se nae u komercijalnoj upotrebi ve koliko krajem 2020. godine (razvijen jo sredinom 60ih godina, sada ponovo aktuelan), predstavlja reaktor sa tenim fluoridnim solima.

Nuklearna energija

4Ovaj reaktor kao nuklearno gorivo koristi torijum (Tr232 element koji je 4 puta zastupljeniji u zemljinoj kori nego uranijum), kako bi se u ciklusu torijuma u reaktoru pretvorio u uranijum U233 i konano u fisioni uranijum U235 nakon beta raspada, koji se onda u postupku fisije koristi za generisanje energije. Torijum se dobija kao nusproizvod pri iskopavanju retkih ruda, i obino se odstranjuje kao otpad. Samim tim, torijum predstavlja jevtinije gorivo od uranijuma. Dok se ukupno 1% rude uranijuma koristi kao gorivo (U235), ostalih 99% odbacuje se kao otpad (U238) ili koristi za proizvodnju plutonijuma Pu239 u vojne svrhe ili kao gorivo, iji se proizvodi fisije raspadaju hiljadama godina. Sa druge strane, torijum se u procesu generisanja energije iskoritava i do 99%, dok su njegovi proizvodi fisije sa kratkim vremenom poluraspada. ak 83% fisionih proizvoda se stabilizuje nakon 10 godina i postaju bezbedni, dok ostalih 17% ostaju radioaktivni u narednih 300 godina, to je znaajno manje nego kod klasinih reaktora sa vodenim hlaenjem. Glavna odlika ovih reaktora je ta to je torijum rastvoren u solima fluorida (FLiBe koje se nalaze u tenom stanju) pri visokoj temperaturi, te ne postoji bojazan od topljenja jezgra, kao ni isparavanja, obzirom da soli ostaju tene i na visokim temperaturama, pri emu ne dolazi do znaajnog poveanja zapremine istih. Takoe, ovaj reaktor funkcionie na vrlo niskom pritisku (0.6 MPa 6bar), te ne postoji bojazan od pucanja suda. Prednost ovog koncepta je ta to se umesto vode, za hlaenje koriste soli u tenom stanju, pa samim tim ne postoji mogunost nagomilavanja vodonika usled hemijske reakcije pri visokoj temperaturi i njegove eventualne eksplozije. Jedan od glavnih sigurnosnih mehanizama u reaktoru predstavlja zamrznuti ep od soli, koji se nalazi u odvodnoj cevi na dnu reaktora koji se konstantno hladi tenim gasom (npr. teni azot) i koji se, u eventualnom sluaju nestanka napajanja ili neke druge nezgode, topi, te se sadraj reaktora usled gravitacone sile sliva kroz cev do sigurnosnih cisterni u kojima se pasivno hladi. Ove cisterne su obloene iznutra materijalom koji apsorbuje neutrone koje emituje gorivo u procesu fisije. Ovim se zaustavlja proces fisije i spreava nagomilavanje toplote u reaktoru i eventualno oteenje.

Ovakve nuklearne elektrane bi imale manje trokove izgradnje jer sam dizajn reaktora omoguava mnogo kompaktnije i bezbednije postrojenje, manje utroenih materjala na izradu samog reaktora, kao i manje trokove po pitanju goriva. Takoe, predloeni tip reaktora bi usled svoje kompaktnosti mogao da bude izraivan u fabrici, te dostavljan na mesta gde je generisanje energije potrebno. Sud reaktora bi se potom ukopavao u zemlju na odreenu dubinu, to doprinosi faktoru bezbednosti celog sistema. Sve ovo ini reaktore sa tenim solima ekonomski isplativije reenje u odnosu na postojee nuklearne elektrane, pa samim tim i privlaniju investiciju u odnosu na konvencionalne vidove generisanja elektrine energije. Pored konstantnog porasta svetske populacije i geografskih uslova odreenih zemalja, nuklearna energija bi se mogla pokazati kao vrlo kompaktan i efektivan nain generisanja iste energije za potrebe stanovnitva u sluajevima gde drugi izvori energije nisu dostupni. Ovaj nain bezbedne upotrebe fisije bi mogao da poslui civilizaciji u narednih par decenija kao most u tranzici prema obnovljivim izvorima energije i energiji fuzije kao konanom cilju.

Obnovljivi izvori energije (OIE)

Obnovljivi izvori energije predstavljaju bilo koji izvor energije koji je u skladu sa prirodnim procesima na Zemlji, ne remeti niti kodi ivotnoj sredini, i moe se iznova koristiti u procesu generisanja odreenog vida energije. Ovi vidovi energije podrazumevaju sakupljanje energije (en. energy harvesting) odreenih prirodnih pojava na Zemlji, za razliku od generisanja energije sagorevanjem odreenih energenata.U ove vidove energije spadaju:

1. Solarna energija2. Energija vetra3. Energija talasa4. Energija reka5. Geotermalna energija

5 Energija koja u vidu elektromagnetne radijacije sunca svakog dana pada na zemljinu povrinu iznosi u proseku oko 1000W/m2. Ova radiacija se manifestuje u vidu suneve svetlosti u infra crvenom, vidljivom i ultra ljubiastom spektru, te predstavlja osnovni izvor energije za sav ivot na Zemlji. Tokom istorije se mogu primetiti raznovrsni naini na koji se ova energija sakupljala i koristila za svakodnevne potrebe, dok tek od skoro pronalazi svoju primenu i u generisanju elektrine energije. Postoji vie naina na koji se solarna energija moe konvertovati u elektrinu, od kojih su najzastupljeniji fotoelektrini efekat i koncentrisanje sunevih zraka.

Fotoelektrini efekat se zasniva na fenomenu da odreeni materijali generiu tok elektrona prilikom izlaganja suevoj svetlosti. Ovo je princip koji je iskoriten u izradi fotonaponskih elija koje sainjavaju dananje solarne panele. Fotonaponske elije solarnih panela se uglavnom izrauju od monokristalnog i polikristalnog silicijuma. Ovi paneli generiu jednosmernu elektrinu struju koja se posredstvom invertera pretvara u naizmeninu, te se koristi u dananjim elektrinim ureajima. Ovo je pasivan nain generisanja energije koji ne utie na ivotnu sredinu obzirom da ne emituje tetne gasove. Jedina posledica rada solarnih panela je elektrina energija. Dananji solarni paneli su u stanju da generiu od 100 do 320 W po panelu, dok prosena efikasnost dananjeg solarnog panela iznosi 150 160W/m2, odnosno 15 16% sa tendencijom porasta usled razvoja tehnologije. To znai da bi povrina od oko 110.000 Km2 bila dovoljna da podmiri potrebe celog sveta za ukupnom energijom u toku jedne godine, to je od prilike povrina Srbije i Makedonije zajedno.

Takoe, ovaj vid energije nije bez mana. Obzirom da sunce ne sija 24 asa dnevno, pa ak ni svaki dan, javlja se potreba za skladitenjem sakupljene energije. Za rezidencijalne potrebe, mogua je upotreba visokokapacitivnih akumulatora, dok su za industrijske potrebe neophodna postojanija reenja. Jedna od pozitivnih strana ove tehnologije je mogunost direktnog povezivanja na mreu kroz postojeu infrastrukturu, kako bi se viak ili kompletna izlazna energija panela distribuirala tamo gde je najpotrebnija. Ovo je od posebnog znaaja za sluajeve gde su solarni paneli u okviru stambenog objekta. Vlasnici ovakvih objekata mogu ostvariti dodatnu zaradu ili beneficije (zavisno od politike distributivne kompanije) primenom feed-in tarifa. Ove tarife podrazumevaju upotrebu modernijih elektrinih brojila kako bi se merio odnos potroene i proizvedene elektrine energije. U sluaju da domainstvo proizvede vie elektrine energije nego to potroi, mogu se ostvariti bodovi u vidu kilovat asova, koji se mogu upotrebiti u narednim mesecima ili novana naknada za proizvedenu elektrinu energiju. Ovo predstavlja veoma privlanu i isplativu investiciju, uzimajui u obzir svakodnevni rast cene energije. Ove tarife se ve uveliko primenjuju u dravama koje su svetski lideri u polju solarne energije (Sjedinjene Amerike Drave i Nemaka), te se oekuje da e se u skorijoj budunosti sline regulative primeniti i u ostatku sveta, kako bi se olakao prelaz sa klasinih izvora energije na obnovljive.

Ova tehnologija izmeu ostalog omoguava i elektrifikaciju ruralnih naselja, gde konvencionalni naini snabdevanja energijom nisu mogui. Generisanje elektrine energije putem solarnih panela je posebno povoljan za urbane sredine, gde ne postoji mogunost postavljanja velikih elektrana, dok je takoe

Solarna energija

Izvor: johnosullivan.wordpress.com

Izvor: 21stcentech.com

6potreba za energijom velika. Masovna upotreba fotoelektrinih panela bi dovela do opte konkurentnosti na energetskom tritu, a samim tim i pada cene elektrine energije to je osnov za privredni rast i razvoj. Novi trendovi podrazumevaju integraciju solarnih tehnologija u sve objekte (rezidencijalne, poslovne i industrijske), radi poveanja njihove samostalnosti i samoodrivosti, dok izgradnja solarnih elektrana predstavlja dugoronu investiciju u energetsku stabilnost zemlje i njene nezavisnosti od uvoznih energenata. Solarni paneli danas imaju iroku primenu, od javnog osvetljenja, preko solarnih elektrana do rezidencijalnih i mobilnih upotreba, pa ak i u svemirskim letelicama.

Koncentrisanje sunevih zraka predstavlja jednu od tehnika sakupljanja suneve energije u vidu toplote radi zagrevanja tenosti i pokretanja parnih turbina. Ova tehnika generisanja elektrine energije je u glavnom vezana za industriju, obzirom da se radi o velikim i kompleksnim sistemima. Za koncentrisanje sunevih zraka se koristi serija odgledala koja fokusira sunevu svetlost u jednu zajedniku taku i time dovodi do zagrevanja radnog fluida koji prenosi energiju do parne turbine. Dva osnovna vida sakupljanja sunevih zraka za generisanje toplote su parabolino ogledalo i solarna kula.

Parabolino ogledalo je zapravo tip solarnog kolektora, napravljenog od ispoliranog metalnog ogledala koje fokusira sunevu svetlost. Ova postrojenja se sastoje od velikog broja redova fiksiranih ogledala parabolinog oblika orijentisanih ka jugu (radi maksimalnog uinka). Svaki red ogledala poseduje inu taku na istoj razdaljini od ogledala, du koje se prua cev sa radnim fluidom (obino vodom). Fluid u ovim cevima se zagreva, te se kroz sistem odvodi do parne turbine gde se generie elektrina energija. Takoe ovaj metod je pogodan i za destilaciju morske vode, ime se dobija pijaa voda i morska so, poveavajui funkcionalnost objekta. Ovo je posebno korisno u primorskim pustinjskim predelima, gde je voda za pie oskudna. Efikasnost ovog sistema se dodatno moe poveati izgradnjom postrojenja na plutajuim ostrvima u priobalnim morskim predelima. Obzirom da je koliina oblaka na otvorenom moru daleko manja nego na kopnu, poveava se i broj moguih radnih sati a samim tim i koliina prikupljene energije. Glavna mana ovih postrojenja je nemogunost skladitenja energije za kasniju upotrebu tokom perioda kada sunce ne sija. Solarna kula je vrsta solarne elektrane koja koristi koncentrovanu sunevu svetlost radi zagrevanja solarne pei u centralnom objektu. Kula je okruena redovima ravnih solarnih ogledala, koji se nazivaju heliostati, poreanih u koncentrinim krugovima oko nje. Sva ova ogledala usmeravaju sunevu svetlost u jednu taku na vrhu kule u kojoj se nalazi solarna pe. U ovu pe se upumpavaju istopljene soli u tenom stanju koje se zagrevaju pri visokim temperaturama, te se cevima odvode do skladinih cisterni u kojima se uva toplota, dok se deo te toplote koristi za pokretanje parnih turbina. Ove topljene soli imaju visoku termalnu kapacitivnost, te je mogue iskoristiti skladitenu energiju iz cisterni za pokretanje turbina ak i nou kada nema suneve svetlosti. Mana ove, kao i svih solarnih elektrana je ta da ista ne moe nastaviti sa radom prilikom dueg odsustva suneve svetlosti (par dana). Druga mana bi se odnosila pre svega na samu povrinu koju ovakvo postrojenje zauzima. Povrina ovih elektrana se kree izmeu 150 i 320 hektara za izlazne snage od 10 do 50MW. Najbolji primer je moda PS10 solarna elektrana izgraena 2007. godine nadomak Sevilje u paniji. Njena cena je iznosila 35 miliona evra, to je relativno niska cifra u odnosu na neke druge vidove elektrana.

U svetu se u zadnjih desetak godina sve vie budi svest o ekolokoj odgovornosti, to je rezultiralo poveanom potranjom solarnih reenja, a samim tim i razvojem ove industrije, kao i padom cena njenih proizvoda, te samim tim i veom dostupnou solarne energije iroj populaciji. Ova industrija takoe ima potencijal da, usled ubrzanog razvoja i potranje, u budunosti obezbedi veliki broj radnih mesta, te finansijsku sigurnost i nezavisnost populacije kao i energetsku nezavisnost drave.

Izvor: en.wikipedia.org

7 Energija vetra se u dananjim terminima pre svega odnosi na pretvaranje kinetike energije u elektrinu. Takoe, kinetika energija vetra se moe koristiti i za druge potrebe, kao to je mehaniki rad vetro-pumpi za ispumpavanje vode ili pokretanje osovine vetrenjae u mlinovima, pokretanje jedara na brodovima itd. Koncept vetrenjae se prvi put pojavljuje jo u drugom veku pre nove ere u Persiji. Heron od Aleksandrije je bio prvi koji je opisao mainu pokretanu snagom vetra. Danas vetrenjae preteno slue za pokretanje elektrinih generatora u procesu proizvodnje elektrine energije, a njihov savremen izgled oslikava napredak i tehnologiju modernog doba.

Dananji modeli vetro-generatora se u osnovi dele prema lokaciji, a zatim i po snazi. Tako danas imamo offshore i onshore vetrenjae, od kojih se onshore vetrenjae grade na kopnu, a offshore van kopna, tj. na vodi u priobalnim predelima. Inicijalni razlog za izgradnju vetrenjaa na vodi je injenica da su na otvorenom moru vetrovi uestaliji i jai, te je takvo podruje pogodnije za vei uinak vetrenjaa. Meutim, izgradnja ovakvih vetrenjaa i vetro parkova na vodi kota ak dvostruko vie nego kopnena instalacija.

Razlog za takvo stanje je visoka cena postavljanja noseih stubova u vodu kao i podvodnih kablova koji bi prenosili elektrinu energiju do kopna. Za razliku od offshore tehnologije, kopnene vetrenjae imaju manji uinak. Naravno, izlazna snaga vetrenjae odreuje i njenu veliinu, tako da iste nalaze primenu kako u rezidencijalnoj, tako i u komercijalnoj sferi generisanja elektrine energije. Veliki vetro parkovi neretko napajaju itave gradove, dok su manje vetrenjae dovoljne za podmirivanje potreba klasinog domainstva. Svaka vetrenjaa poseduje osovinu koju pokree propeler, dok je drugi kraj osovine povezan, ili direktno ili preko zupanika, na generator koji proizvodi elektrinu energiju. Danska je trenutni lider u generisanju elektrine energije pomou energije vetra, i iznosi vie od etvrtine ukupne potronje elektrine energije u toj dravi. Ovaj nain generisanja elektrine energije je visoko efikasan, obzirom da se vri direktna konverzija kinetike u elektrinu energiju, bez ikakvih meukonverzija i gubitaka.

Novi koncept vetro-generatora koji bi u budunosti mogao da nae iroku primenu u generisanju elektrine energije od vetra, predstavlja Altaerosova lebdea vazduna turbina. Sastoji se od cilindrine nosee platforme ispunjene helijumom koja lebdi u vazduhu, u ijem centru se nalazi laka vazduna turbina, mobilne platforme na zemlji i serije kanapa i sajli koje ih povezuju i prenose elektrinu energiju do zemlje. Ovaj princip fiksiranog diriabla omoguava uzdizanje letelice do visine od 600m gde preovladavaju daleko jai i konstantniji vetrovi za razliku od onih na zemlji. Na

Energija vetra

Izvor: commons.wikimedia.org

Izvor: altaerosenergies.com

8 Jedan od najstarijih vidova energije svakako predstavlja hidro energija. Ovaj vid kinetike energije je svoju primenu pronaao jo u 4. milenijumu pre nove ere u Mesopotamiji i starom Egiptu, gde je iskoriten za navodnjavanje. Dananji termin hidro energije se gotovo iskljuivo vezuje za pojam hidro elektrane, u procesu generisanja elektrine energije. Ovo je proces konvertovanja kinetike energije tekuih voda, kao to su reke i vodopadi, u mehaniku ili elektrinu.

Danas hidro energija ini 16% godinje svetske proizvodnje elektrine energije, to iznosi 3.427 TW (2010.). Moderne hidroelektrane su u stanju da se prilagode koliini potronje elektrine energije i time zadovolje potrebe visoke potronje u toku dana, to ih ini fleksibilnim. Cena elektrine energije generisane na ovaj nain je relativno niska, to je ini konkurentnom na tritu, i moe iznositi u proseku oko 3 do 5 centi u amerikim dolarima (to je oko 2 do 4 dinara) za elektrane preko 10MW. Meutim, igradnja velikih hidroelektrana moe predstavljati problem, obzirom da ometa prirodan tok reka i moe nakoditi

Kinetika energija talasa je, pored energije reka i geotermalne energije, najpouzdaniji izvor. Postoji mnogo koncepata na osnovu kojih bi bilo mogue generisati elektrinu energiju konvertovanjem snage talasa. Meutim jedan naroit dizajn se istie kao najverovatniji da stekne iroku primenu u napajanju priobalnih naselja elektrinom energijom. Ovaj sistem se sastoji od zatvorene betonske prostorije koja ima otvor ispod povrine mora, to omoguuje vodi da se kree iz mora u prostoriju i natrag. U gornjem delu prostorije se nalazi otvor na koji je privrena vazduna Velsova turbina. Osnovna karakteristika ove turbine je da se osovina uvek vrti u istom smeru, bez obzira na smer kretanja vazduha. Nivo vode se podie i sputa u ritmu talasa, te uslovljava tok vazduha kroz turbinu i time pokree propelere koji dalje pokreu generator i generiu elektrinu energiju. Prednost ovog koncepta nad ostalima je taj to turbina nije u direktnom kontaktu sa morskom vodom, kao i injenica da je jedina pokretna komponenta u sistemu koja zahteva odravanje. Takoe, velika prednost je ta to postoji kontinuitet u proizvodnji elektrine energije u svim periodima dnevne i none, kao i sezonske potronje.

Energija reka

Energija talasa

ovaj nain bi bilo mogue generisati duplo vie energije u odnosu na konvencionalne vetrenjae. Dodatnu prednost ovog sistema predstavlja njegova mobilnost. Balon sa helijumom se u svakom trenutku moe prizemljiti na mobilnu platformu, koja se prikljuuje na kamion, te omoguava postavljanje iste faktiki bilo gde. Pored generisanja elektrine energije, ovaj sistem ima mogunost da nosi i razliite antene za proirivanje mobilne i internet mree, meteoroloke stanice i jo mnogo toga.

U budunosti bi takoe mogli da vidimo raznovrsne koncepte vertikalnih vetrenjaa. Zbog njihovog velikog raspona propelera, konvencionalne vetrenjae moraju da se postavljaju na prilinoj udaljenosti jedna od druge (izvan naseljenog mesta). Ovo za rezultat ima veliki prostor koji ove vetro-farme zauzimaju po jedinici generisane energije. Za razliku od ovoga, vertikalne vetrenjae bi mogle da imaju daleko manje rastojanje jedna od druge, to bi rezultiralo kompaktnijim sistemom. Jedan takav primer bi mogao da nae svoju primenu i na ravnim krovovima stambenih zgrada. U pitanju je Levijatanov koncept vetro lale. Njen estetski izgled se savreno uklapa u urbani pejza, dok istovremeno proizvodi 2 do 5 kW elektrine energije (zavisno od veliine modela). Takoe, ovaj tip vetrenjae je potpuno beuman, to je idealno za rezidencijalnu upotrebu, dok isto tako moe iskoristit prednosti konstantnijih vetrova koji preovladavaju na vrhovima zgrada.

Izvor: leviathanenergyinc.com

9odreenim ekosistemimia. Takoe, cena izgradnje moe inicijalno predstavljati velika ulaganja, i u proseku iznosi 2.000$ po kilovatu snage. Konana cena e zavisiti od veliine hidroelektrane, ukupne snage, broja generatora i lokacije. Ove cifre mogu dostii visinu i do 25 milijardi dolara za vea postrojenja (oko 11GW). Pored klasinih hidroelektrana koje se koriste za generisanje velike koliine elektrine energije, u budunosti se predvia i primena manjih, kompaktnijih reenja. Jedan takav primer je Leviatanova Benkantina. Ova hidroelektrina turbina se koristi za generisanje elektrine energije u urbanim sistemima cirkulacije vode, direktnom ugradnjom u cevovod. Obzirom na kompaktan dizajn mogua je primena na velikom broju mesta irom sistema, gde god je prisutna odreena kinetika energija vode. Ovakve turbine se mogu ugraivati u kanalizacione ahtove, kine odvode, kao i vodovodne sisteme, ime mogu umanjiti trokove funkcionisanja istih, i proizvesti elektrinu energiju direktno u urbanoj sredini gde je njena potronja najpotrebnija, tedei pritom na skupim provodnicima i infrastrukturi koja bi inae morala da se sprovodi sa odreene lokacije van naseljenog mesta. Njena masovna primena u urbanim vodotokovima bi mogla da ima znaajan uticaj na kompaktnost i ekonominost energetskog sistema.

Skladitenje energije OIE

Geotermalna energija

Glavni problem odreenih obnovljivih izvora energije je taj to ne predstavljaju konstantnu pojavu. Takoe za mobilne potrebe nije mogue koristiti neke od ovih naina generisanja energije. Ovo dovodi do potrebe za skladitenjem, to ima potencijal da u budunosti preraste u zasebnu industriju vrednu 31,5 milijardu dolara na globalnom nivou (prema navodima analitiara iz Lux istraivakog centra u Bostonu), ali isto tako predstavlja tehnoloki izazov. Ovo su neke od tehnika koje bi u budunosti mogle da nau svoju primenu (dok se neka od njih ve primenjuju):

Pneumatska skladita Vodonina skladita (H2) Vetaka fotosinteza metan (CH4) Baterije superkondenzatori Reverzibilne hidroelektrane Kinetiki rotirajui toak (Flywheel) Gravitaciona skladita

Pre nego to se javi potreba za skladitenjem energije, neophodno je razmotriti njenu potranju u distributivnoj elektro mrei. Ukoliko se javi vea potronja u nekom delu mree, neophodno je imati sistem koji bi regulisao optereenje iste. Obzirom da se dananje distributivne mree zasnivaju u glavnom na

Geotermalna energija predstavlja vid toplotne energije koji se generie unutar Zemljine kore u procesu radioaktivnog raspada elemenata. Temperature unutar kore mogu iznositi i do 4000Co na granici izmeu jezgra i njegovog omotaa, dok se temperatura na povrini kree konstantno izmeu 10 i 12Co usled Suneve radijacije. Ove pojave imaju vie namena, od kojih su glavne generisanje elektrine energije i obezbeivanje klimatizacije u objektima.

U industrijskoj primeni, geotermalna energija se preteno koristi za generisanje elektrine energije putem parnih turbina (kao i u nekim sluajevima hemijske prerade), pre svega zato to je toplotnu energiju jako nepraktino prenositi na velike razdaljine usled gubitaka. Postrojenja koja koriste geotermalnu energiju se obino nalaze na lokalitetima gde je ova pojava povrinska ili blizu zemljine povrine, te se bez prevelikih ulaganja moe iskoristiti. Takoe postoje i napredni geotermalni sistemi koji toplotnu energiju dobijaju iz velikih dubina (3 do 5 km), to poveava njihovu inicijalnu cenu, te ih ini manje isplativim. Island dobija 99% svoje elektrine i toplotne energije direktno iz geotermalnih izvora, koji su zastupljeni irom ostrva.

U rezidencijalnoj upotrebi, geotermalna energija se koristi pre svega za klimatizaciju objekta pomou toplotnih pumpi, ime se smanjuje potronja elektrine energije i drugih energenata za klimatizaciju. Ovim se takoe smanjuje posredna i neposredna emisija tetnih gasova u atmosferu.

10

servo-mehanikim komponentama, i da su neke od njih stare i po 50 godina, ravnomerna distribucija energije predstavlja izazov. Ukoliko se dananji trendovi nastave, u budunosti e biti sve vie manjih sistema za generisanje elektrine energije (u glavnom u urbanim podruijima) koji e imati potrebu da se poveu na mreu i viak svoje energije predaju sistemu. Ovo dovodi do potrebe za modernizacijom i razvijanjem odreene vrste automatizovane pametne mree koja bi upravljala svim tim operacijama (pre svega skladitenjem energije). Ukoliko bi proizvodnja energije celokupnog sistema bila vea od potranje, pristupilo bi se operacijama za njeno skladitenje.

Pneumatska skladita koriste kompresovani vazduh kako bi delimino skladitila generisanu elektrinu energiju. Ovakav sistem skladitenja se obino primenjuje za skladitenje solarne i energije vetra. Princip je taj da se prilikom generisanja vika elektrine energije, ukljuuje kompresor (ili sistem kompresora) koji sabija vazduh u skladini medijum. Ovaj medijum, zavisno od kapaciteta i veliine sistema, moe biti cisterna koja je u stanju da trpi visok pritisak ili podzemno skladite u vidu naputenih rudnika ili naftnih buotina. Obzirom da pritisak skladitenog vazduha moe dostii jainu i do 76 bara, neophodna je upotreba jakih materijala koji su u stanju da taj pritisak izdre. U sluaju podzemnih skladita ovo ne predstavlja problem, dok se u sluajevima skladitenja vazduha u cisternama mogu koristiti materijali sainjeni od ugljeninih nanovlakana. Poseban problem predstavlja injenica da se vazduh, usled zakona termodinamike, pri sabijanju zagreva, te je neophodno omoguiti da se ta toplota sauva, kako bi bilo mogue povratiti kompletnu skladitenu energiju u obrnutom procesu. Meutim, ovo esto nije mogue pa se shodno tome u procesu povraaja energije iz skladita koristi prirodni gas ili neki drugi izvor toplote kao npr. geotermalni, kako bi se omoguila adekvatna ekspanzija i time povratio vei procenat skladitene energije. Ovo takoe znai da sistem kao takav nije u potpunosti autonoman, jer zahteva eksterni izvor energije.

Jo jedan metod uvanja energije bi mogao da bude u vidu vodoninih skladita. Elektrolizom vode, u periodima poveanje proizvodnje energije, bi se dobijao vodonik koji bi kao nosilac energije mogao da se skladiti za kasniju upotrebu. Dok je tehnologija efikasne mobilne upotrebe vodonika jo uvek u povoju (obzirom da vodonik u tenom stanju ima etiri puta manje energije po jedinici zapremine od klasinih fosilnih goriva), stacionarna upotreba vodonika kao skladinog medijuma je ve mogua. Slino pneumatskim skladitima, vodonik je mogue kompresovati u gasovitom stanju u velike podzemne rezervoare ili cisterne, odakle bi se posle mogao upotrebiti u porocesu generisanja energije. Takoe, vodonik je mogue skladititi i u klasinim distributivim sistemima prirodnog gasa. Ova skladita bi se u povratnom procesu koristila kako bi proizvodila toplotnu energiju, time zagrevala vodu i pokretala parne turbine. Meutim ovaj proces bi imao znaajne gubitke energije, usled vie konverzija, kao i ograniene efikasnosti same turbine. Alternativno, mogua je upotreba elija sa membranom za razmenu protona koja bi hemijskim procesom generisala elektrinu energiju i time poveala efikasnost sistema na 83%.

Vetaka fotosinteza je tehnika koja kopira prirodan proces fotosinteze kako bi u kombinaciji vode, ugljen dioksida i suneve svetlosti, proizvela ugljene hidrate i kiseonik. Ovo predstavlja eko prihvatljiv nain skladitenja energije, obzirom da se sagorevanjem ovih proizvoda zatvara ciklus kruenja ugljenika, te samim tim ima neutralan uticaj na globalno zagrevanje. Obzirom da bi se u povratnom procesu dobijanja elektrine energije samo odreen procenat efektivno iskoristio, ova tehnika ima veu verovatnou da e se primenjivati u transportu, pre nego u generisanju elektrine energije. U veini sluajeva vetake fotosinteze proizvod ugljenih hidrata je metan (CH4). Ovo je posebno znaajno za avio industriju, obzirom da bi druge ekoloki prihvatljive varijante goriva koje bi zamenile kerozin, kao to je vodonik, podrazumevale znaajne izmene u konstrukciji samih letelica. Za razliku od tih alternativnih goriva, metan zahteva samo neznazne izmene u konstrukciji mlaznog motora, kako bi mogao da sagoreva ovaj energent. Metan se takoe moe koristiti i kao izvor toplotne energije, kako u fiksnoj tako i u mobilnoj primeni. Njegovo skladitenje je jednostavnije i bezbednije od vodonika.

U sluajevima manjih sistema, baterije mogu predstavljati odrivu opciju. Dananja primena baterija se velikom veinom ograniava na upotrebu olovnih akumulatorskih baterija, kao i litium jonskih baterija (elektrina vozila). Ovaj medijum ima potencijal da, usled razvoja tehnologije i pronalaenja novih reenja za poveanje energetske gustine, preraste u komercijalno industrijsko i mreno reenje za skladitenje energije. Naalost, danas nismo u mogunosti da opskrbimo potrebe celokupne elektro mree sa baterijskim

11

skladitima. Meutim, svedoci smo novih pronalazaka u kondenzatorskoj tehnologiji koji za budunost dosta obeavaju po pitanju ovog tipa skladitenja. Na tritu ve postoje hibridne kombinacije klasinih baterija i superkondenzatora (ultrabaterije) koje, prema navodima proizvoaa, imaju mogunost breg punjenja i pranjenja (zahvaljujui superkondenzatorskoj tehnologiji), dui ivotni vek (vei broj punjenja i pranjenja), veu kapacitivnost i niu cenu proizvodnje nego klasine olovne baterije iste kategorije. Ove baterije polako pronalaze svoje mesto u auto industriji, dok je u budunosti (sa napretkom tehnologije) verovatna njihova primena i u mrenim skladinim sistemima.

Prepumpavanjem vode iz vodotokova u rezervoar postavljen na veoj nadmorskoj visini mogue je skladititi kinetiku energija reka u vidu potencijalne energije vode. Ova tehnologija se ve godinama koristi u reverzibilnim hidroelektranama. Tokom perioda manje potronje, kada se generie viak elektrine energije, voda se prepumpava u rezervoare (obino u formi jezera), te se u periodima poveane potronje isputa i preko turbine generie elektrinu energiju. Energija dobijena ovim putem iznosi 70 do 80% energije koja je uloena u procesu skladitenja.

U domenu skladitenja kinetike energije reenja se mogu nai i u vidu rotirajuih cilindara. Ovaj kocept zamajca (en. flywheel) se sastoji od rotirajueg cilindra postavljenog na osovinu koji skladiti kinetiku energiju. U modernoj primeni ovaj cilindar se nalazi unutar elinog kuita u vakumu gde se pomou rotirajue osovine oslanja na magnetne leajeve pomou kojih levitira kako bi izbegao trenje. Oko osovine se nalazi stator koji prilikom skladitenja energije pokree osovinu i pretvara elektrinu energiju u obrtni momenat, ponaajui se kao elektro motor. Ovi ureaji mogu da dostignu brzine od 20 do 50 hiljada rotacija u minutu, i imaju gustinu energije od 100 do 130 Wh/kg (odnosi se na teinu rotirajueg cilindra). Prilikom obrnutog procesa, ureaj se ponaa kao generator koristei kinetiku energiju rotirajueg cilindra za generisanje elektrine energije. Efikasnost ovakvog sistema je oko 97% za ureaje sa magnetnim leajevima, dok su ureaji sa kuglinim leajevima u stanju da povrate od 50 do 80% uloene energije. Ova tehnologija je trenutno u povoju i postoji jako mali broj postrojenja koja su izgraena za upotrebu u elektrinoj mrei, od kojih najvea poseduju kapacitivnost od svega 5 MWh (20 MW kroz 15 min.), tako da upotreba ovih ureaja svoju najbolju primenu nalazi u kratkotrajnom skladitenju energije, to je pogodno za odravanje konstantne frekvencije u okviru mree. Teoretski bi bilo mogue napraviti dovoljno veliki ureaj koji bi mogao da premosti period poveane dnevne potronje, meutim kao takav ne bi bio ekonomski isplativ ako uzimamo u obzir druge metode skladitenja energije.

Gravitaciona skladita bi takoe mogla da nau svoju primenu u skladitenju energije. Kao i reverzibilne hidroelektrane, gravitaciona skladita koriste razliku potencijala u terenu kako bi skladitenu kinetiku energiju pretvorila u elektrinu. Jedan od moguih koncepata gravitacionog skladita bi sadrao maglev kolosek (megnetna levitacija), sa vagonima koji bi prenosili teret (ljunak ili betonski blokovi teine i do 100t) na skladini plato na vrhu brda gde bi se istovarao. Vagoni bi se potom vraali natrag po jo tereta i tako u krug dokle god traje proces skladitenja tj. poveane proizvodnje. U obrnutom procesu, vagoni bi teret preuzimali sa gornjeg stovarinog platoa i prenosili ga u donje stovarite ime bi se generisala elektrina energija regenerativnim koenjem. Prednost ovog sisitema je to to je mogua kontrola brzine sputanja vagona i samim tim frekvencija generisane elektrine energije, kao i kompaktnost celog sistema u poreenju sa reverzibilnim reenjima. Glavna slaba taka ovog sistema trenutno predstavlja potreba za konstantnim napajanjem, kako bi vagoni i sistem za utovar i istovar mogli da funkcioniu, to predstavlja potencijalni problem u sluaju gubitka napajanja. Trenutno ne postoji ni jedan prototip ovakvog sistema, ali se spekulie da bi bio u stanju da skladiti oko 400 MWh svakog sata.

Izvor: en.wikipedia.org

12

Poseban vid energije koji spada u domen nuklearne energije predstavlja fuzija. Fuzija, za razliku od fisije, ne oslobaa velike koliine radioaktivnog materijala, ve se bazira na principu sjedinjavanja atoma dva elementa kako bi oformili novi element i u istom procesu, generisali veliku koliinu energije. Ovo je obrnut proces od fisije, koja se danas koristi u nuklearnim reaktorima, i za veinu naunika predstavlja ultimativan izvor energije. Meutim trenutno nismo u stanju da stvorimo fuziju koja proizvodi vie energije nego to potroi. Ovaj hemijski proces je zastupljen u zvezdama i predstavlja osnovni izvor energije za nau planetu. Jedan od moda najznaajnih projekata za budunost fuzije predstavlja ITER tj. Internacionalni

Ako bi u budunosti postojao idealan vid obnovljivog izvora energije, to bi definitivno bila svemirska solarna energija. Obzirom da je rad solarnih panela zavisan od promena vremena na zemlji, njihova efikasnost i konstantnost proizvodnje elektrine energije su ogranieni (Sunce ne sija 24h dnevno, niti je uvek vedro). Ako bismo ovaj zemaljski koncept skalirali i podigli u orbitu na visinu od 35.786 kilometara (geostacionarna orbita), dobili bismo kontinualan, pouzdan i svuda dostupan izvor energije. Sistem bi funkcionisao tako to bi se lansirao satelit sa solarnim kolektorima u geostacionarnu orbitu odakle bi putem antene emitovao energiju u vidu mikro talasa ka prijemniku na Zemlji. Ovaj prijemnik bi potom primljeni signal konvertovao u elektrinu energiju, te napajao elektro mreu ili udaljene zajednice. Prednost ovog sistema lei u tome to je u geostacionarnoj orbiti satelit u sinhronoj rotaciji sa Zemljom te deluje nepomino na nebu, gde je suneva svetlost konstantna (osim dva puta godinje u kratim periodima pomraenja). Takoe je zrak koji se alje ka anteni na Zemlji bezbedan za ljude, ivotinje i biljni svet (2,45 do 5,8 GHz). Efikasnost prenosa energije ovom metodom bi iznosila 84%. Ukoliko uzmemo u obzir da u neposrednoj blizini Zemljine atmosfere intenzitet sunevog zraenja iznosi 1.366 W/m2, jedan kilometar irok prsten geostacionarne orbite godinje bi primio oko 250 TW/godina solarne energije, to je od prilike jednako svim preostalim rezervama fosilnih goriva na planeti. Ovo bi bilo vie nego dovoljno da se podmire sve energetske potrebe rastue globalne populacije u narednom stoleu pa i dalje, putem obnovljivog, odrivog i eko prijateljskog izvora energije. Inicijalno, svaki satelit bi bio u stanju da proizvede 5 do 10 GW kontinualne energije, dok bi daljim razvojem ove industrije taj broj rastao.

Obzirom da je tehnlogija dosta napredovala od 70ih godina prolog veka, kada je ovaj koncept prvi put predstavljen, danas je mogue ostvariti ovaj cilj. Istraivanjem ove teme je dokazana izvodljivost ovakvog poduhvata, kao to je predstavljeno u izvetaju o izvodljivosi Nacionalne Kancelarije za Svemirsku Sigurnost (eng. NSSO) 2007. godine. Glavni dogaaj koji je uinio izvoenje ovog poduhvata moguim je osnivanje prve privatne komercijalne firme za transport robe i dobara u svemir 2002. godine (SpaceX), i njeno prvo uspeno lansiranje teretne rakete 28. Septembra 2008. (eng. Falcon1). Ove rakete su dizajnirane tako da, nakon lansiranja letelice van orbite, telo rakete je mogue ponovo upotrebiti za nova lansiranja, to dramatino sniava cenu transporta materijala i ljudi u svemir. Ukoliko bi se postigao koncenzus na dravnom ili meunarodnom nivou o finansiranju istraivanja, svemirska solarna energija bi mogla da postane komrecijalizovana do sredine stolea. Takoe, razvoj ove tehnlogije bi otvorio vrata razvoja itavog niza svemirskih industrija, to bi ubrzalo razvoj civilizacije.

Svemirska solarna energija

Fuzija (2020 - ITER)

Izvor: nss.org

Glavna stvar koja koi razvoj i iroko usvajanje obnovljivih izvora energije je upravo njihovo skladitenje, tako da e njihova opta primena direktno zavisiti od brzine razvoja tehnologije skladitenja i njene ekonomske opravdanosti, tj. niske cene skladitenja po jedinici energije, efikasnosti i uticaju na ivotnu sredinu.

13

Termonuklearni Eksperimentani Reaktor koji se trenutno gradi na jugu Francuske. Ovaj projekat se finansira od strane drava lanica, tj. Evropske Unije, Indije, Japana, Rusije, Kine, June Koreje i Sjedinjenih Amerikih Drava. Ovaj reaktor, nakon izgradnje, e predstavljati najvei fuzioni reaktor na svetu, koji e po navodima strunjaka omoguiti budua otkria i istraivanja u domenu fuzije. Predvia se da emo biti u stanju da koristimo ovaj vid energije do kraja ovog stolea.

Izvor: ire.pppl.gov

Kako bi razvoj novih vidova transporta bio mogu u budunosti, neophodan je prethodno pronalazak i razvoj novih tehnologija koje bi to omoguile. Takoe, potrebna je masovna primena i usavravanje postojeih tehnologija kako u saobraaju, tako i van njega. Mnoge od ovih tehnlogija bi se u budunosti koristile u kombinaciji ili bi se njihova upotreba preplitala u odreenim sistemima kako bi omoguile nove vidove funkcionalnosti. Ovde su date neke od predloenih tehnologija koje bi imale vitalnu funkciju u predstojeim sistemima transporta pa i ire:

Ugljenina nanotehnologija (grafin i ugljenine nanocevi) Superprovodnici Superkondenzatori i hibridne ultrabaterije Solarni put i pametna saobraajna mrea Pametne zgrade/parkinzi

Ugljenina nanotehnologija se uglavnom odnosi na alotrope ugljenika i njihovo izuavanje, kao i primenu u industriji. Usled valentnosti ugljenikovih atoma mogu nastati razliiti oblici njegove kristalne reetke, tj. formacije molekula. Najpoznatije varijante ugljenika su dijamant i grafit. Obzirom da su ugljenikovi molekuli heksagonalnog oblika mogu oformiti razliite strukture kao to su cevi, sfere, listovi (u smislu ravne povrine) i kristalni/piramidalni oblici (u sluaju dijamanta). Ovi alotropi takoe poseduju izvanredne fizike osobine, koje se odnose na njihovu malu teinu, termalnu i elektro provodljivost, kao i strukturalnu vrstinu. Ovo ih ini idealnim za primenu u raznim granama industrije.

Tako je npr. grafin, dvodimenzionalna molekularna reetka ugljenika, primenjen u izradi superkondenzatora. Obzirom da poseduje jako malu otpornost, usled uniformne strukture molekula, grafin predtavlja izvanredan

Tehnologije i njihova primena

14

provodnik, to ga ini idealnim za primenu u elektronskoj industriji. Ovo nije prirodna manifestacija ugljenika, te je neophodna njegova vetaka derivacija od grafita. Takoe, u kombinaciji sa ugljeninim nanocevima je mogua izrada laganih i vrstih kompozitnih materijala koji bi imali iroku primenu.

Sa druge strane, ugljenine nanocevi bi svoju primenu mogle da pronau u izradi kablova za svemirski lift, obzirom da je njihova vrstoa jedina koja moe da izdri sile koje su prisutne u ovakvoj konstrukciji, kao i elektrinih kablova i ica za efikasniji prenos elektrine energije. Pored ovoga, nanocevi bi mogle da se koriste i u izradi vlakana za materijale od kojih bi mogla da se pravi zatitna odea (kao npr. pancir). Meutim, moda najznaajniju primenu bi nale u izradi fotoelektrinih elija u solarnim panelima, ime bi se znaajno poveala njihova efikasnost.

Primena ugljeninih nanotehnologija u izradi kompozitnih i laganih materijala za vozila (od automobila do aviona) bi bila od velikog znaaja. Obzirom na kompaktnu molekularnu strukturu ugljenika, dolo bi do smanjenja trenja prilikom kretanja, tj. otpora vazduha. Ovo, u kombinaciji sa injenicom da bi takve konstrukcije vozila bile daleko lake od dananjih, bi dovelo do znaajnih uteda u potronji goriva ili elektrine energije (zavisno od tipa vozila). Takoe, njihova primena u elektronici vozila, kao i njihovim izvorima napajanja bi svakako bila od velike koristi. Primera radi, primena buduih superkondenzatora u baterijskim sistemima elektrinih vozila bi omoguila daleko krae vreme punjenja vozila (manje od pola sata) i veu kilometrau, efikasnija elektronika bi doprinela utedi energije, dok bi kompozitni materijali od kojih bi bila napravljena koljka doprineli aerodinaminosti i bezbednosti samog vozila. Takoe, u okviru maglev tehnologije bila bi mogua primena nanocevi u konstrukciji ina po kojima bi se levitirajui vozovi kretali. Ovo bi pored vrstine ina imalo prednost i u pogledu levitacije, obzirom da bi se superprovodnost ovakvog materijala mogla iskoristiti u generisanju Maiznerovog efekta.

Superkondenzatori e takoe imati svoju primenu u buduim tehnologijama i sistemima. Pored oigledne primene u domenu stacionarnog sklsditenja energije, predvia se i upotreba u elektrinim vozilima. Ukoliko ova tehnologija nastavi da se razvija u trenutnom pravcu, imae potencijal da eliminie upotrebu litijum jonskih baterija u elektrinim vozilima sve skupa. Usled razvoja nanotehnologije, evidentno je da e superkondenzatori postajati sve kompaktniji, sve do trenutka kada e njihova energetska gustina dostii energetsku gustinu konvencionalnih baterija. Meutim, mogue je da ovo nee biti neophodno, obzirom da bi eventualna upotreba magnetne indukcije u kolovozima za dopunjavanje vozila u pokretu eliminisala potrebu za skladitenjem velike koliine energije. Ovo bi za rezultat imalo manje baterije u vozilima, pa bi samim tim energetska gustina skladinog sistema postala manje bitna.

Dananji kolovozi se presvlae slojem asfalta kako bi se obezbedilo adekvatno prijanjanje vozila na podlogu i izbeglo klizanje. Cena samog asfaltiranja danas moe iznositi i do 170$ po metru kubnom, obzirom da je isti derivat fosilnih goriva ija je cena konstantno u porastu, to drastino podie cenu izgradnje puteva. Takoe je injenica da je cilj za budunost da se oslobodimo upotrebe fosilnih goriva (kojih e koliinski biti sve manje), to znai da asfalt kao takav neemo biti u stanju da koristimo jo dugo. Ovo, u kombinaciji sa potrebom za bezbednijim, savremenijim i jevtinijim kolovozima je dovelo do razvoja novog koncepta solarnog puta. Ovaj koncept predstavlja sinergiju postojeih tehnologija, kako bi stvorio novu vrstu modernog kolovoza koji ide u korak sa vremenom. Solarni put predstavlja ideju da se umesto asfalta putevi grade od solarnih panela. Naravno, naivno bi bilo graditi put od obinih solarnih panela, te je koriten inovativniji pristup. Ukoliko uzmemo u raunicu kompletnu povrinu puteva u svakoj dravi, mogue je izraunati koliki potencijal za proizvodnjom elektrine energije ovaj koncept poseduje. Naime, put kao takav se sastoji iz heksagonalnih zamenljivih segmenata sastavljenih iz razliitih slojeva. Ovi segmenti bi bili dovoljno vrsti da podre teret svakodnevnog urbanog saobraaja. Gornji sloj je napravljen od posebne vrste transparentnog stakla, ija se vrstina nalazi izmeu elika i nerajueg elika. Ovo staklo je mogue proizvesti ak i od recikliranog stakla, to znaajno utie na cenu izrade. Kako bi se poboljao

Izvor: cleantechnica.com

15

kontakt sa podlogom, povrina stakla je izgravirana u vie sitnih heksagona koji se ponaaju kao are na gumama. Ovakva povrina bi posedovala istu ili ak i veu mogunost trenja u odnosu na asfalt, to je ini idealnom prilikom koenja. Sledei sloj se sastoji od fotonaponskih elija, led dioda i grejnog elementa koji su zaliveni izmeu gornjeg i donjeg sloja stakla, kako bi se spreilo sakupljanje vlage. Fotonaponske elije bi prikupljale sunevu energiju u toku dana, i time napajale mreu i sopstvenu elektroniku. Led diode bi sluile kao signalni sistem na putu (u vidu saobraajnih znakova i semafora), za osvetljavanje i obeleavanje traka, kao i za ispisivanje eventualnih upozorenja ili informacija za vozaa, dok bi grejni elementi spreavali poledicu i nagomilavanje snega na putevima. Ovo bi eliminisalo potrebu za konstantnim ienjem puteva u toku zimskih perioda, poboljalo bezbednost u saobraaju i donelo znaajne utede. Ove komponente su povezane sa sledeim slojem ispod, koji se sastoji od tampanih ploa na kojima se nalaze kontroleri koji upravljaju radom elija, grejnih elemenata i led dioda. Svaki segment je u stanju da komunicira sa dispeerskim centrom, da povratnu informaciju o stanju kolovoza, kao i da prijavi eventualnu greku u sistemu ili oteenje. Ova funkcija je od velikog znaaja obzirom da je mogue imati sliku o kompletnom stanju na putevima u celom regionu u realnom vremenu, kao i poslati tehnike slube na teren kako bi se u to kraem roku sanirao kvar. Takoe, mogunost brze zamene elemenata doprinosi visokoj efikasnosti kompletnog sistema, te se izbegava stvaranje velikih guvi usled dugotrajne sanacije kolovoza.

Ostatak ica koje slue za slanje elektrine energije i komunikaciju sa komponentama su zatvorene u kuitu od vrstih polimera (takoe heksagonalnog oblika). Svaki segment na dnu kuita ima konektor kojim se povezuje na mreu kablova koja se nalazi ispod betonske podloge. Ova mrea se na odreenoj udaljenosti sabira i pravi se izvod koji izlazi pored kolovoza. Takoe svaki segment ima 4 rupe u sebi kroz koje prolaze rafovi koji su zabetonirani u osnovu te se pomou njih svaki segment privruje (svaka od ovih rupa poseduje svoj poklopac koji titi rafove).

Duinom celog puta bi se prostirao betonski kanal sa reetkom koji bi odvodio padavine sa puta, kao i sneg koji bi se topio pomou grejnih elemenata. Pored ovog kanala bi iao jo jedan kanal sa betonskim poklopcima u koji bi bili poloeni svi elektro kablovi, sabirnice, signalni kablovi, kao i eventualno telekomunikacioni kablovi, vodovodne i gasne instalacije. Takoe postoji mogunost integracije inukcionih kalemova u same segmente, kako bi se omoguilo punjenje vozila u pokretu. Alternativno, mogue je postavljanje stanice za dopunjavanje vozila na vie mesta du puta, koje bi bile napajane direktno iz ovog sistema. Ovaj koncept je takoe pogodan za gradske ulice i trotoare, kao i parking mesta, i generalno sve povrine koje bi inae bile prekrivene asfaltom. Viak generisane elektrine energije bi mogao biti direktno distribuiran u oblinje objekte, ime se eliminiu gubitci prilikom prenosa energije na daljinu. Pored toga, izrada ovakvih solarnih puteva ima potencijal da obezbedi veliki broj radnih mesta, kao i razvoj itave industrije vezane za njih.

U primeni solarnih puteva na parking mestima, mogue je posebno obeleiti svako parking mesto prema zoni u kojoj se nalazi, kao i omoguiti, putem aplikacije za pametne telefone, sistemske poruke koje bi obavetavale vlasnika vozila o preostalom vremenu na datom parking mestu ili eventualnoj krai vozila.

Izvor: Solar Roadways FB

16

Kada su u pitanju parking garae u gusto naseljenim sredinama, predvien je koncept robotizacije. Ove garae bi posedovale sistem robotizovanih polica za automobile. Svaki automobil bi na ulazu u garau se parkirao na noseoj paleti i preuzeo svoju identifikacionu karticu. Vlasnik bi nakon toga izaao iz vozila, dok bi se nosea paleta robotizovanim sistemom podigla i smestila na prvu slobodnu policu za vozilo. Prilikom izparkiravanja bi se koristio obrnut postupak. Ovim sistemom se omoguava skladitenje velikog broja vozila na relativno maloj povrini, to maksimizuje efikasnost sistema. Ova garaa bi se napajala elektrinom energijom sa oblinjih solarnih puteva, kao i sopstvenim solarnim i vetro instalacijama koje bi bile integrisane u samu zgradu. Takoe bi bila mogua opcija indukcionog punjenja baterije vozila dok se nalazi u garai.

Kako bi se maksimalno iskoristio potencijal graevina u gradovima i urbanim podruijima i kako bi se poveala njihova efikasnost i samoodrivost, neophodno je uvoenje koncepta pametne zgrade. Bilo da je u pitanju poslovni objekat, stambeni kompleks ili industrijska graevina, koncept pametne zgrade bi bio primenljiv na svaku od ovih kategorija. Ovo podrazumeva efikasnu upotrebu svih resursa koji se koriste u okviru zgrade. Jedna ovakva zgrada bi prema buduim standardima morala da poseduje adekvatnu zvunu i termo izolaciju, ekoloki prihvatljiv i efikasan nain klimatizacije, sistem za recikliranje otpada i voda, sistem za prikupljanje i preiavanje kinice, maksimalnu utedu u potronji elektrine energije upotrebom tedljive ili led rasvete i elektro ureaja A energetskog razreda (ili vieg), kao i upotrebom sistema za generisanje elektrine energije putem obnovljivih izvora kao to su vetar i solarna energija. Dananje tehnologije u izradi solarnih panela obeavaju mogunost izrade buduih solarnih panela od transparentnog ili polutransparentnog materijala koji bi mogli da se ugrauju umesto klasinog stakla u prozore i time dodatno smanje energetsku zavisnost objekta. Ovakav objekat bi bio u stanju da vrati inicijalnu investiciju kroz 5 do 10 godina. Ukoliko bi svaki objekat u naseljenom mestu imao ovakav samoodrivi sistem ili barem deo sistema, to bi znaajno pomoglo ekonomskom razvoju i sigurnosti stanovnitva, pritom smanjujui mesene raune za osnovne komunalije. Stanovnitvo koje stanuje u kuama bi takoe imalo mogunost napajanja svog elektrinog vozila sopstvenom elektrinom energijom, to bi im dalo novu dimenziju u slobodi kretanja.

Saobraaj

Kod saobraaja u urbanim sredinama, paljivo i proraunato prostorno planiranje e biti od izuzetne vanosti, kao i skalabilnost. Ove metode planiranja i izgradnje bi obezbedile efikasnije cirkulisanje ljudi i dobara kroz gradsku sredinu pravei velike utede u energiji, resursima i vremenu, i stvorile prijatnije i ekoloki kompatibilnije reenje orijentisano oko ljudi pre nego samog transporta. Ove metode ukljuuju implementaciju peakih i biciklistikih mostova i podvonjaka, koji bi omoguavali nesmetano kretanje

Izvor: hqwide.com

17

Kako ulazimo u novo doba energije i transporta, trendove prati i auto industrija. Veliki procenat emisija ugljendioksida dolazi upravo iz naih svakodnevnih prevoznih sredstava. Usled skoranjih dogaaja na svetskom tritu fosilnih goriva, dolo je do poularizacije novog vida pogona koji se ve danas primenjuje u automobilima. Elektrini motor ima energetsku efikasnost od ak 97%, za razliku od motora sa unutranjim sagorevanjem ija efikasnost konverzije energije goriva u pogonsku snagu iznosi svega 18 do 20%. Ovo predstavlja idealnu zamenu za postojea pogonska reenja. Elektrina energija je takoe jevtinija od fosilnih goriva, to ih ini ve danas ekonomski isplativijim za primenu u transportu. Pored toga, dizajn elektrinog automobila je daleko jednostavniji i kompaktniji od klasinog vozila sa motorom sa unutranjim sagorevanjem, te ga ini jednostavnijim i jevtinijim za odravanje.

Motor Osnovni nain pokretanja kod elektrinog automobila je indukcioni trofazni asinhroni motor. Ovaj motor se pored visoke efikasnosti u potronji energije, odlikuje i velikim obrtnim momentom, te je (ve danas) mogue postii brzinu od 100 km/h za manje od 5 sekundi (4,2 Tesla model S), tako da ni u kom pogledu ne zaostaje po snazi za klasinim motorima, ak ta vie nadmauje ih. Takoe, ovaj motor sem rotora ne poseduje druge pokretne komponente, niti se greje kao klasini motori, to doprinosi dugom veku trajanja. Njegov kompaktan dizajn ga ini barem duplo manjim od klasinog motora, to omoguava postavljanje istog direktno na osovinu vozila. Ovim se eliminie potreba za menjakom kutijom, obzirom da bi motor imao veliki raspon broja obrtaja.

Baterija Kako bi se motor napajao elektrinom energijom koriste se serije litium jonskih baterija povezanih u jedan veliki baterijski sklop koji se nalazi u osnovi asije vozila. Maksimalni dananji kapacitet baterija u elektrinim vozilima iznosi oko 480 km. U dananjoj infrastrukturi ovo predstavlja ograniavajui faktor. Meutim, razvojem infrastrukture i postavljanjem elektro pumpi za dopunjavanje vozila, ili ak ugradnjom indukcionih sistema u budue solarne puteve drastino bi se poveao domet vozila (bilo bi faktiki mogue voziti se beskonano). Takoe, integracija solarnih elija u koljku vozila, kao i superkondenzatorskih tehnologija bi mogla da doprinese veoj regeneraciji energije, poveavajui domet vozila, u meu periodu tranzicije ka sistemima solarnih puteva.

Invertor Obzirom da je baterijski sistem, sistem jednosmerne elektrine struje, a indukcioni trofazni motor, naizmenini motor, neophodna je upotreba invertera koji bi jednosmernu elektrinu energiju (DC) konvertovao u naizmeninu (AC). Ovaj ureaj se nalazi naspram samog motora na osovini i obezbeuje

Kopneni saobraaj

Elektrini automobil

vozila, peaka i bicikala, smanjujui potrebu za njihovim ukrtanjem, a samim tim i ekanjem na semaforima. Kompaktnije i bolje povezane, te samim tim i pristupanije, stambene celine predstavljaju jo jednu od ovih metoda, kao i (zavisno od veliine naseljenog mesta) integraciju maglev mree ili perona za brz tranzit autobusa, koji bi poveali efikasnost, brzinu i kapacitet javnog prevoza. Generalno gledano, saobraaj moemo svrstati u tri kategorije:

1. Kopneni saobraaj2. Pomorski i reni saobraaj3. Vazduni saobraaj

Izvor: myrenaultzoe.com

18

konstantan napon i frekvenciju neophodnu za funkcionisanje istog. Ovakve ureaje takoe moemo videti i u solarnim sistemima, gde je neophodna konverzija jednosmerne struje sa panela u naizmeninu struju neophodnu za slanje kroz elektrinu mreu i funkcionisanje elektrinih aparata.

Gorivo/Punjenje/Efikasnost/Regenerativno koenje Kako bi napunili baterije, svako elektrino vozilo poseduje ugraen punja, preko kojega se kablom prikljuuje na mreu odakle vue elektrinu energiju. Svako vozilo bi imalo standardizovan prikljuak, koji bi omoguio dopunjavanje vozila bilo gde. Kada govorimo o periodu kada bi postojala instalirana mrea solarnih puteva, otvara se mogunost primene indukcionog punjenja vozila, bilo u pokretu, u parking garai ili sopstvenoj garai. Ovo bi podrazumevalo instalaciju induktivnih kalemova u puteve i parking mesta, dok bi drugi set kalemova se nalazio u osnovi vozila ispod baterije. Ovaj princip je zastupljen u transformatorima i predstavlja bezkontaktni vid prenosa elektrine energije. Jedan od glavnih ograniavajuih faktora dananjih elektrinih automobila je vreme punjenja. U zavisnosti od elektrinog prikljuka, tj. napona i struje, kao i unutranje otpornosti baterija, zavisi i brzina kojom vozilo moe da dopuni svoje baterije do punih kapaciteta. Ovo bi se u budunosti moglo zaobii primenom superkondenzatora kao elektro bafera za brzo punjenje. Princip bi se zasnivao na injenici da superkondenzatori poseduju malu unutranju otpornost (zahvaljujui ugljeninoj tehnologiji), te bi bilo mogue dopuniti iste u jako kratkom vremenskom periodu. Ovi superkondenzatori bi potom mogli da postepeno dopunjavaju baterije, to eliminie potrebu za ekanjem. Ukoliko analiziramo potronju elektrine energije ovakvog vozila, moemo uporediti cenu punjenja elektrinog i klasinog automobila. Ova poreenja se zasnivaju na trenutnim cenama elektrine energije u elektro energetskom sistemu Srbije (kWh - plava zona) i cene goriva koje su prisutne na domaim pumpama na dan 15.04.2014. godine, kao i odreenim parametrima potronje vozila preuzetim sa sajta Tesla motors. Ukoliko pretpostavimo da se baterije pune iz standardnog kunog prikljuka brzinom od 29 milja po asu, pri snazi od 10kW, i preteno u okviru none tarife (kada su vlasnici kod kue), dobijamo sledeu raunicu:

19

Iz navedenog, postaje evidentno da je cena preenog kilometra elektrinog vozila daleko nia od cene klasinih vozila sa dizel i benzinskim motorom. Ako se uzme u obzir da e cena elektrine energije u budunosti opadati, usled primene novih tehnolgoija i obnovljivih izvora energije, jasno je da e cena transporta u budunosti biti zanemarljivo niska. ak i ako bi postojali odreeni fiksni trokovi vezani za odravanje saobraajne infrastrukture, cena transporta bi opet bila nia od dananje. Imajui u vidu ovu raunicu, predvia se da e sve cene proizvoda i usluga u budunosti, koje u nekoj meri zavise od transporta ili elektrine energije, znaajno opasti obzirom da e energija potrebna za njihovu izradu, skladitenje, izvoenje i transport biti daleko nia. Pored klasinog naina punjenja, svako elektrino vozilo poseduje mogunost regenerativnog koenja. Ovaj mehanizam se bazira na injenici da se elektro motor ponaa kao generator prilikom kretanja, ukoliko se ne daje gas (tj. struja), te kinetiku energiju vozila vraa u bateriju, i samim tim usporava vozilo. Ovaj princip je iskoriten i kod maglev gravitacionih skladita, kako bi se pasivno skladitena kinetika energija ponovo konvertovala u elektrinu.

Tokovi i gume Postavlja se pitanje, ukoliko eliminiemo upotrebu fosilnih goriva, koje sve proizvode koji su proistekli iz njih emo morati da eliminiemo? Ubrzo dolazimo do zakljuka da, nakon prestanka upotrebe nafte neemo biti u stanju da proizvodimo automobilske gume, barem ne u klasinom smislu. to nas dovodi do novog problema u modernom saobraaju. Alternativa ovom sluaju bi bila primena novog koncepta bezvazdune gume. Ova tehnologija inicijalno je razvijana za potrebe vojske Sjedinjenih Amerikih Drava, mada u poslednje vreme svoju primenu nalazi i na civilnom tritu.

Ova guma, ili bolje reeno toak je napravljen od poliuretana, materijala dovoljno elastinog da simulira savitljivost automobilske gume, a opet dovoljno vrstog da nosi veliki teret vozila na kojem se nalazi. Njegova vrstina i elastinost potie od saaste strukture toka koja se prilikom prelaenja preko odreene izboine ponaa kao i klasina automobilska guma, te se kompresuje i prilagoava terenu. Nakon prelaska preko prepreke saasta struktura toka se

Izvor: cnet.com

20

vraa u prvobitan oblik zahvaljujui svojoj elastinosti i kretanje se nastavlja. Jedna od bitnih karakteristika svakog pneumatika je prijanjanje na podlogu, kao i mogunost brzog i efikasnog zaustavljanja. Kada je re o ovoj tehnologiji, testiranja su pokazala da ovakva guma ima iste ili ak bolje performanse u odnosu na klasine pneumatike.

asija asija elektrinog automobila na prvi pogled deluje identino kao i kod klasinih vozila, s tim to ne poseduje nikakav motor ispod haube, menjaku kutiju, auspuh ili prednju reetku za hlaenje motora koji bi dodatno oteavali vozilo. Umesto toga, koljka poseduje baterijski paket smeten u podu vozila, to mu daje nisko teite i bolje veanje. Takoe, ne postojanje prednje reetke za cirkulaciju vazduha preko hladnjaka kao i auspuha, omoguava aerodinaminiji dizajn i smanjuje otpor vazduha prilikom kretanja, to doprinosi ekonominijoj potronji energije. Budua primena kompozitnih materijala ugljeninie tehnologije bi znaajno doprinela poboljanju performansi ovakvog vozila.

Samoupravljajui taksi Obzirom da bi savremeni sistemi saobraaja bili meusobno povezani (put/vozilo), i obzirom da bi bila mogua daljinska komunikacija i upravljanje vozilom, javlja se potencijalna mogunost da se oformi taksi sluba koja bi bila digitalno upravljana iz jednog centralnog sistema. Svedoci smo razvoja tehnologije samoupravljanja vozilima i automatskog parkiranja, te je realno za pretpostaviti da e ovaj vid kretanja kroz saobraaj, u kombinaciji sa daljinskom komunikacijom biti mogu u blioj budunosti, obzirom da dananja vozila poseduju vie vrsta senzora. Isto tako, na auto putevima bi bila mogua varijanta automatskog upravljanja kolonama vozila, kako bi se spreile eventualne nesree i poveala efikasnost saobraaja. Vodee vozilo bi sluilo kao predvodnik kolone, time to bi se pratea vozila privremeno umreavala sa njim (pomou solarnog puta) kako bi delili podatke o kretanju i odravali kompaktnu i ujednaenu razdaljinu. Vozila bi imala mogunost iskljuenja iz niza kada bi stigla do svog odredita ili skretanja.

Potreba za veom snagom i transportom tereta dovela je do razvoja hibridnog vodoninog kamiona. Ovaj kamion koristi elektrini pogon na oba prednja toka (dva elektro motora), sa prenosom pogona na zadnje tokove, i trenutno ima potencijalni domet od 640km. Za napajanje vozila je zaduen hibridni sistem. Na zadnjem delu asije, iza kabine, nalazi se set litium jonskih baterija organizovanih u jednu veu bateriju, koji se dopunjava pomou vodonine elije koja proizvodi elektrinu energiju, pritom stvarajui vodu kao proizvod hemijske reakcije sa kiseonikom iz vazduha. Ova vodonina elija se napaja vodonikom iz dva rezervoara pod visokim pritiskom koji se nalaze sa bonih strana asije, izmeu prednjih i zadnjih tokova. Ovi rezervoari omoguuju skladitenje velike koliine vodonika bez potrebe za njegovim hlaenjem. Ovim se takoe izbegavaju velike baterije koje bi dodatno poveale teinu vozila i samim tim smanjile njegovu nosivost.

Kako bi unapredili ovaj koncept, mogue je primeniti nove pomenute tehnologije koje e u narednom periodu postajati sve dostupnije. Potencijalne koristi od ovih tehnologija bi mogla imati teina vozila, obzirom da bi kompletna asija i sve komponente vozila bile izraivane od kompozitnih, vrstih i lakih nanomaterijala, to bi opet imalo uticaja na potronju energije. Takoe, lagani superkondenzatorski sistemi bi mogli potpuno da zamene postojee baterije, dodatno unapreujui performanse vozila. Pored internih modifikacija koncepta, vremenom bi dolo i do poveanja broja pumpi koje bi pored elektrine energije omoguavale i toenje vodonika, to bi drastino povealo domet kamiona.

Elektrini/vodonini kamion

Elektrini motorcikli i skuteri

Budua prilagoavanja transportnih vozila novim elektro trendovima i njihova modernizacija bi dovela do konverzije postojeih motorcikala i skutera u elektro napajane maine visokih performansi. Laki za odravanje, i jevtiniji za dopunjavanje, ovi motorcikli bi ve danas mogli da postanu poeljniji nain kretanja u gradskim i prigradskim naseljima, na kraim dnevnim rutama, u odnosu na klasine motorcikle i skutere. ak ta vie, primenom indukcionog punjenja tokom vonje, mogue je drastino smanjiti teinu i

21

poveati domet vozila, to bi otvorilo vrata evoluciji izgleda samog motorcikla. Neki od moguih izgleda bi ukljuivali koncept rotirajueg toka kao i motorcikla sa zatvorenom kabinom, koji bi omoguio vonju motorcikla u svim vremenskim uslovima. Dodatni bonus ovih maina je njihov gotovo neujan rad, to je idealno za smanjenje nivoa buke u gradskim oblastima, meutim ovo je trenutno predmet debate, obzirom da se tvrdi da njihov neujan rad doprinosi tome da peaci uopte ne detektuju njihovo prisustvo, te moe doi do eventualnih nezgoda.

Izvor: litmotors.com

Elektrini bicikli

Vakumski levitirajui voz (Maglev) i Hiperlup

Za one koji bi eleli da se efikasno, brzo i jevtino kreu po sve guim urbanim sredinama bez mnogo napora, elektrini bicikl predstavlja idealno reenje. Obzirom da je kao prevozno sredstvo dosta jevtiniji od elektrinog automobila, mogao bi predstavljati efikasno i pristupano reenje za populaciju koja bi ivela u gusto naseljenim podruijima. Zahvaljujui svom kompaktnom dizajnu, mogue ga je odlagati i u stanu gde bi se ujedno i punio. Konstrukcija manjih ovakvih bicikala bi imala opciju sklapanja, to bi dodatno doprinelo efikasnijem iskoritenju prostora i odlaganju istih. Takoe je mogua opcija izmenljivih baterija, kao i kod laptopa.

Potrebe urbanog transporta diktiraju da je za efikasnost saobraaja kroz urbano podruje neophodan brz nain kretanja koji moe da podri veliki broj putnika. U ovom sluaju brzina transporta bi predstavljala konstantu, dok bi broj putnika bio direktno srazmeran gustini naseljenosti podruja. Imajui to na umu, predlau se dva slina koncepta transporta, maglev i hiperlup (hyperloop).

Hiperlup sistem se sastoji od para elinih cevi u kojima se nalazi vazduh niskog pritiska (kako bi se smanjio otpor tj. trenje), koje su postavljene na betonske stubove. Na vrhu ovih cevi se nalazi niz solarnih panela koji se protee celom duinom cevi i obezbeuje elektrinu energiju neophodnu za napajanje ovakvog sistema. Kroz cevi se kreu cilindrine kapsule koje levitiraju na tankom sloju vazduha pod pritiskom, dok vunu silu obezbeuje velika vazduna turbina koja je povezana sa kompresorom, koji nagomilani vazduh ispred kapsule uvlai, kompresuje i sprovodi iza kapsule (to joj daje potisak), kao i ispod na vazdune leajeve. Ova turbina bi se pokretala pomou unutranjeg napajanja u vidu baterijskog seta u zadnjem delu kapsule (koji bi se menjao i punio na svakoj stanici). Takoe, ubrzanje obezbeuje i serija linearnih motora koji su rasporeeni na odreenim mestima u cevnom sistemu, pomou kojih kapsula moe da

Izvor: teslamotors.com

22

dostigne brzine od 962 do 1220 km/h (maksimalna brzina). Ovo znai da bi kapsula bila u stanju da rutu od 500km pree za svega 30 minuta. Kapsula bi imala kapacitet od 28 putnika, dok bi druga verzija posedovala i odeljak za vozila, i polazila bi sa stanice svakih 2 minuta. Jedan od bitnih faktora ovog sistema predstavlja cena. U dananjoj ekonomiji, cena izgradnje jednog kilometra ovakvog sistema bi iznosila oko 10 miliona dolara, to bi znailo da za rutu od San Franciska do Los Anelesa (570km) treba izdvojiti 6 milijardi dolara. Ovo deluje skupo, meutim ako se uporedi sa trenutnim planovima da se izgradi brza eleznica na istoj ruti od 68,4 milijarde dolara, dolazimo do zakljuka da je ovakav sistem ekonomski isplativiji, ak i u dananje vreme. Hiperlup sistem bi bio praktian za putovanje od predgraa do centra grada, i sva meugradska putovanja kraa od 1500km (u zavisnosti od veliine drave), obzirom da omoguava velike brzine u kontrolisanom okruenju i kratko vreme putovanja, to je idealno za svakodnevnu upotrebu.

Sa druge strane, potrebe za meugradskim i meunarodnim putovanjima veih razdaljina takoe zahtevaju to krae vreme putovanja. U dananjem sluaju, za takve razdaljine koristimo avio saobraaj, koji trenutno predstavlja najbri vid transporta. Meutim, sa razvojem tehnologije i optim pojevtinjenjem energije, bili bismo u stanju da gradimo i koristimo maglev sistem (vozove sa magnetnom levitacijom) u slinim sistemima cevi kao i hiperlup. Razlika u odnosu na hiperlup sistem je ta to se u cevima nalazi vakum, te se za sistem pokretanja i levitacije koristi iskljuivo elektromagnetizam u sistemu elektro dinamikog veanja. Ovaj sistem bi takoe bio napajan pomou solarnih panela. Magnetna levitacija bi se postigla pomou elektromagneta sa superprovodnicima koji bi generisali promenljivo magnetno polje. Nalazili bi se u vozu i bili bi hlaeni tenim azotom kako bi postigli stanje superprovodnosti. Ovakvi magneti bi indukovali vrtlone struje u provodnom materijalu od kojeg su napravljene ine, te bi stvarale odbojno magnetno polje ime bi dolo do levitacije. Sistem napravljen na ovakvom principu se odlikuje stabilnou, obzirom da smanjenje razdaljine izmeu supermagneta i ina dovodi do indukovanja snanih magnetnih sila koje se odbijaju, te samim tim koriguju razdaljinu izmeu vagona i ina (slino je i u obrnutom sluaju).

Za pokretanje voza bi se koristili stalni magneti koji bi se nalazili sa bonih strana voza dok bi naspram njih sa obe strane ina bili postavljeni elektromagneti koji bi bili poreani naizmenino po polaritetu du puta. Istovremenom promenom polariteta u ovim elektromagnetima bi se generisala sila koja bi pokretala voz time to bi uticala na stalne magnete na njegovim stranama. Promenom frekvencije struje u elektromagnetima bi se regulisala brzina kretanja voza. Takoe, kako ne bi dolo do potrebe za napajanjem svih elektromagneta du itavog koloseka, sukcesivno bi se ukljuivali segmenti kako bi se utedela energija. Ovakvim sistemom bi bili napajani samo segmenti koloseka na kojima se voz trenutno nalazi. U ovakvom sistemu, mogue je postii brzine od 6400 do 8000 km/h (2km/s), to bi omoguilo najbri mogui vid putovanja u odnosu na bilo koje drugo prevozno sredstvo. To znai da bi put od Moskve do Pekinga bio mogu za svega sat vremena, u odnosu na avionski saobraaj koji omoguava maksimalne brzine od 2000 km/h kod nadzvunih aviona.

Kako bi se odrao vakum unutar sistema, neophodna je primena komora za otputanje pritiska, koje bi izolovale voz od cevnog sistema, te ponovo pustile vazduh u komoru, kako bi putnici mogli da napuste vozilo na peronima. Svaka stanica bi imala ovakav sistem, koji bi se sastojao od velikih kompresorskih jedinica koje bi izvlaile i upumpavale vazduh po potrebi, dok bi cevni sistem mogao da dobije ojaanje i smanji rizik od ulaska vazduha, primenom ugljeninih nanotehnologija u izradi materijala za cevi. Maglev vakumski sistem bi predstavljao sledei nivo kretanja nakon hiperlupa, te bi odraavao tehnoloki napredak u ovom polju transporta. Oba sistema bi bili otporni na sve vremenske uslove (za razliku od avio saobraaja), i imali bi vii stepen sigurnosti od konvencionalnih vidova transporta.

Izvor: wired.com

23

Velika prednost pomorskog i renog transporta je u tome to brodovi kao takvi poseduju veliku koliinu prostora. Ovaj prostor je mogue iskoristi za implementaciju raznih vidova pogonskih sistema i izvora energije, koji bi pokretali brod. Takoe, ovaj vid transporta ne zahteva velike brzine, obzirom da se ovim putem transportuju u glavnom resursi i roba. Pored toga, uslovi za sakupljanje solarne energije, energije vetra i energije talasa na otvorenoj puini su daleko povoljniji i pouzdaniji nego na kopnu. Shodno tome, predloena je integracija svih ovih sistema u okviru velikih teretnih brodova, dok bi manje jahte i amci imali u glavnom solarno napajanje.

Vetro/hidro/solarno/vodonini teretni brod

Pomorski i reni saobraaj

Obzirom da ovakvi veliki brodovi u glavnom prevoze teret potrebna je velika koliina energije za njihovo pokretanje. Na sreu, ova plovila imaju veliku masu, koja se moe iskoristiti za razliite vidove generisanja energije. Trenutno na svetu postoji oko 90.000 razliitih teretnih brodova. Ukoliko uzmemo u obzir da jedan teretni brod u proseku proizvodi koliinu tetnih gasova koliko i 50 miliona automobila, dolazimo do zakljuka koliko je bitno da ovaj vid transporta pree sa sagorevanja fosilnih goriva na obnovljive izvore energije. Kada se uzme u raunicu da je za pokretanje najveeg teretnog broda na svetu (Emma Maersk) potrebno 109.000 konjskih snaga (dizel motor), moemo izraunati koliko je zapravo energije neophodno za njegovo funkcionisanje. Ova cifra od 109.000 konjskih snaga bi bila jednaka 80,16 MW snage. Obzirom da je termalna efikasnost ovih motora 50%, to znai da 40 MW odlazi na pogon, dok ostatak predstavljaju gubitci. Ovih 40MW bi bio ekvivalent 26 Deneral Elektrikovih vetrenjaa srednje veliine od 1,5 MW, koje bi potencijalno mogle zameniti ovaj sistem u kombinaciji sa elektrinim motorom (97% efikasnosti). Naravno, u nekim sluajevima (zavisno od veliine broda) ne bi bila mogua instalacija tolike koliine vetrenjaa, te bi sistem morao da se sastoji od hibridnih kombinacija solarnih panela, vetrenjaa i generatora koji bi koristili energiju talasa. Takoe, novi tipovi vertikalnih vetrenjaa imaju potencijal da poveaju efikasnost ovih sistema, obzirom da bi bilo mogue instalirati vei broj vetrenjaa na istoj povrini, i time doprineti efikasnijem generisanju energije.

Takoe ne treba zaboraviti upotrebu jedara. Ova tehnika pretvaranja energije vetra direktno u kinetiku energiju plovila je bila u upotrebi vekovima. Danas postoji modernija varijanta u vidu padobranskih jedara (en. Sky Sail) koja su povezana snanim sajlama za brod. Ovaj padobran/jedro poseduje automatizovani sistem koji ga izvlai iz trupa broda i puta poput zmaja kako bi vukao brod napred i time olakao kretanje. Kao takav, ne zahteva veliku koliinu energije da bi funkcionisao, dok je korist u vidu utede energije veoma znaajna. Pored ovoga, mogue je napraviti manje izmene u samoj konstrukciji brodova, koje bi omoguile upotrebu energije talasa. Deo broda koji je ispod vode bi imao u okviru trupa otvore koji bi se produavali u pojedinane cevi unutar trupa. Ove cevi bi se potom sastavljale u jednu cev, slino izduvnoj grani auspuha na automobilu. Na kraju ove cevi bi se nalazila Velsova turbina koja bi, usled podizanja i sputanja nivoa vode, a samim tim i vazduha, okretala propelere i generisala elektrinu energiju.

Za razliku od dananjih klasinih motora sa propelerom, predlae se upotreba vie manjih turbina sa vodenim mlazom koje bi pokretale plovila. Ovo bi takoe doprinelo upravljivosti, jer je mogue usmeravanje mlaza vode. Pored svega ovoga, skladitenje energije bi se obavljalo putem elektrolize vode, kompresovanja i smetanja vodonika i kiseonika u velike cisterne.

Solarne jahte

Kao i kod teretnih brodova, mogua je primena svih pomenutih tehnologija i obnovljivih izvora energije na manja plovila kao to su jahte. Za razliku od veih brodova, ove jahte i amci ne zahtevaju ogromne koliine energije za njihovo pokretanje. Dobar primer ovog koncepta bi bio MS Turanor, najvea solarna jahta koja je oplovila svet, u okviru projekta Planet Solar. Ovakav tip plovila poseduje dva elektrina motora od po 60kW koji pokreu propelere i mogu da razviju maksimalnu brzinu od 14 vorova (oko 26

24

km/h). Ovakav koncept se odlikuje apsolutnom autonomijom, zahvaljujui nizu solarnih panela na krovu (20m2), te ne postoji potreba za dopunjavanjem rezervoara u luci.

Avio saobraaj

Avio saobraaj, kao i veina ostalih vidova transporta zahteva sagorevanje fosilnih goriva kao glavnog izvora pogonske snage. Prilikom sagorevanja kerozina dobija se znaajna koliina azotnih i sumpor oksida, kao i ugljen monoksida. Naspram toga, teni vodonik kao gorivo ne proizvodi nikakve okside ugljenika, dok je koliina azot oksida i do 80% manja. Takoe, vodonik je 3 puta laki od kerozina, to je jako bitno za ukupnu teinu letelice (manja teina lake poletanje). Meutim, vodonik zauzima 4 puta veu zapreminu i zahteva hlaenje kako bi ostao u tenom stanju, to dovodi do potrebe za odreenim modifikacijama u konstrukciji letelica kako bi se obezbedila adekvatna izolacija i zapremina rezervoara. U primeni ove tehnologije na klasine putnike avione, modifikacije bi znaile premetanje rezervoara sa krila i motora na vrh letelice, odakle bi se posebnim sistemom za dovod goriva sprovodio u manji pred rezervoar na motoru. Nova tehnologija u razmeni toplote je potrebna u motoru kako bi se vodonik zagrejao pre sagorevanja.

Obzirom da bi se vodonik dobijao upotrebom obnovljivih izvora energije, ovaj sistem bi bio 100% bez emisija ugljen dioksida. Ova injenica bi takoe uticala i na cenu tenog vodonika, koja bi u odreenom trenutku u budunosti se spustila ispod cene kerozina, to bi bilo osnovni razlog za usvajanje ovakve tehnologije. Za razliku od kerozina koji veoma burno sagoreva pri otvorenom plamenu, vodonik je daleko bezbedniji. Potrebna je enormna koncentracija ovog gasa da bi dolo do eksplozije. U manjim koncentracijama vodonik se brzo uzdie u atmosferu to dovodi do relativno malog podruja opasnosti.

Vodonini avion

Hipersonini orbitalni avion (Skylon i A2 koncept)

Ovaj koncept predstavlja vrstu hipersoninog bespilotnog aviona sa hibridnim raketnim motorima koji koristi kiseonik iz vazduha i vodonik iz rezervoara za sagorevanje prilikom kretanja kroz zemljinu atmosferu, dok za kretanje kroz svemir koristi kiseonik iz ugraenih rezervoara. Raketni motori bi imali dva reima rada. U prvom reimu vazduh bi se prilikom kretanja pri velikim brzinama sabijao kroz ulaz motora, te se hladio kroz sistem pred-hladnjaka i bivao usisan od strane turbokompresora i sproveden pod pritiskom do odeljka za sagorevanje gde se mea sa tenim vodonikom iz rezervoara kako bi pokretao letelicu. U drugom reimu rada, letelica nakon naputanja Zemljine atmosfere, poinje da sagoreva vodonik sa kiseonikom iz rezervoara, prednji usisni deo motora se zatvara i pristupa se orbitalnom letu. Ovakav avion bi bio u stanju da postigne brzine i do 5,4 maha. Njegova primarna namena je transport tereta sa povrine zemlje u orbitu, meutim postoji i mogunost modifikacije teretnog prostora, kako bi poneo do 30 putnika. Ovo bi bilo izuzetno korisno prilikom slanja astronauta u svemirske stanice ili ak svemirskog turizma. Takoe, za potrebe komercijalnog transporta putnika postoji modifikovana verzija koja moe poneti i do 300 putnika na meukontinentalnim letovima. Ova verzija bi imala domet od 20.000km, i mogla bi da pree put od Brisela do Sidneja za svega 4,6 sati. Naravno, ovo bi predstavljao avio transport u domenu biznis klase.

25

Kada je u pitanju transport robe i tereta, postoji jedna opcija vazdunog transporta koja je dugo bila zaboravljena. Koncept diriabla je nakon Hindenbergove nesree 1937. godine potpuno ostavljen u fioci, meutim napredak u tehnologiji bi mogao da revitalizuje ovaj vid transporta i pronae mu novo mesto u svakodnevnoj upotrebi. Pored oigledne upotrebe u prevozu putnika, ovaj koncept bi mogao da svoju primarnu funkciju pronae i u domenu prevoza tereta. Budui koncepti predviaju integraciju kranova u trup diriabla kako bi tovar mogao da se kablovima spusti na zemlju. Nosivost ovakvih letelica bi iznosila oko 160t. Nanotehnologija ovde igra znaajnu ulogu obzirom da omoguava izradu vrstih i snanih platana od ugljeninih vlakana kao i samog rama tj. konstrukcije letelice. Takoe, oblik same letelice bi mogao da pretrpi izvesne izmene. Sa sve intenzivnijom upotrebom solarnih panela kao primarnog izvora energije u mobilnim platformama, ova letelica bi mogla da se prilagodi tom trendu tako to bi poprimila ovalni spljoteniji oblik, za razliku od dananjeg cilindrinog oblika. Na ovaj nain bi se stvorila relativno ravna gornja povrina na koju bi mogli da se postave solarni paneli koji bi napajali sistem motora sa propelerima i pokretali letelicu. Takoe, tokom noi kada nema suneve svetlosti, mogua je ugradnja laganih superkondenzatorskih sistema koji bi se u toku dana punili, te omoguavali rad motora nou. Na ovaj nain letelica bi mogla da se kree autonomno, bez sletanja radi dopune goriva. Iako moda nemaju nosivost od 14.000t kao prekookeanska plovila, ovi letei teretni brodovi bi imali veliki potencijal za transport tereta u kontinentalnim predelima do raznih nedostupnih gradilita ili podruija koje je zadesila prirodna katastrofa.

Solarni diriabl

Ukoliko se osvrnemo na dananji saobraaj, primetiemo da je kompletna industrija vezana za ovaj pojam, takoe snano vezana i za fosilna goriva. Ukoliko uzmemo u obzir injenicu da e fosilnih goriva u budunosti biti sve manje, a njihova cena sve via, kao i injenicu da e globalno zagrevanje i ekonomska situacija naterati mnoge drave da u to kraem periodu preu na alternativne izvore energije (u nekim dravama je ovo ve postao trend), stvara se povoljna klima za finansiranje istraivanja novih tehnologija, kao i njihovu primenu. Drave i kompeltan privatni sektor e, naravno, primenjivati fosilna goriva dokle god to bude ekonomski isplativo, uprkos globalnom zagrevanju. U odreenom periodu u budunosti, doie do izjedna