Život u budućnostiodržive tehnologije koje moguspasiti našu budućnost

Obrazovni paket | chemgeneration.com

2

UVOD

Poštovani čitaoci,Vi se verovatno svakodnevno susrećete sa pojmom održivog razvoja koji se često pominje kao ključ našeg opstanka, naše budućnosti, u kojoj će naredne generacije odigrati najvažniju ulogu. Ali pojam održivosti, kao i koraci koje mi i čitav svet možemo preduzeti često su nejasni i nama, odraslima.

Cilj Chemgeneration edukativnih materijala koje je izdala kompanija BASF jeste da na sveobuhvatan način predstavi metode održivosti jezikom mladih ljudi, a posebno novosti iz sveta nauke koje mogu promeniti budućnost gradova, potrošnju energije i našu ishranu, ili uopšteno govoreći: svakodnevni život ljudi. Današnji učenici će se u budućnosti svakako susresti sa takvim stvarima jer će za njih verovatno postati uobičajeno da koriste električne automobile, da žive u pasivnim kućama ili da koriste solarnu energiju i energiju vetra.

Verujemo da škole i nastavnici mogu uraditi mnogo za održivi razvoj ukoliko predstave održivost kao vrednost svojim učenicima i podstaknu njihov interes za nauku koja će, uz inovacije, imati odlučujuću ulogu u očuvanju životne sredine i održivom razvoju. Nadamo se da će ova mlada generacija rado birati karijere u nauci i da će biti motivisana da radi na održivosti u okviru svojih zanimanja pomoću najnovijih naučnih alata.

Želimo vam uspešan rad i mnogo zainteresovanih učenika.

BASF zA OBrAzOVANje i ODrŽiVOSt

BASF lABOrAtOrijA zA DeCU

Cilj kompanije BASF je „Stvaramo hemijske proizvode za održivu budućnost“ (We create chemistry for a sustainable future). Ali šta to znači? to znači da, kao sastavni deo društva, naša kompanija posluje i razvija inovacije, u isto vreme imajući u vidu principe i smernice održi vog razvoja. tokom 150 godina duge istorije naše kompanije došli smo do nekoliko tehnoloških otkrića koja unapređuju održivi razvoj – od inovativnih materijala koji omogućavaju efikasnije korišćenje zelene energije do mode rnih i ekoloških delova za automobile. Verujemo da možemo učiniti mnogo za održivost pomoću modernih naučnih metoda.

jedan od naših ciljeva jeste da popularišemo koncept održivosti i nauku koja igra važnu ulogu u njemu, posebno u mlađoj generaciji, jer je ključ naše budućnosti u njihovim rukama. za njih je sačinjeno nekoliko programa u okviru kojih mogu steći lično iskustvo u uzbudljivom svetu nauke, a pritom mogu i da nauče nešto o značaju hemije u održivom razvoju našeg sveta.

interaktivni obrazovni program posebno namenjen deci od 6 do 12 godina. Pruža deci mogućnost da otkriju svet hemije kroz jednostavne i bezbedne eksperimente koji mogu dodatno podstaći njihovu radoznalost za nauku, posebno hemiju.

We create chemistry

3

CHeMGeNerAtiON.COMeDUkAtiVNi VeB-SAjt

PrOGrAM CHeMGeNerAtiON

PrirUčNik O ODrŽiVOSti

Glavni ciljevi našeg veb-sajta, koji postoji već četiri godine, jesu da poveća interesovanje za nauku i predstavi ulogu hemije u našem svetu, uključujući njene važne zadatke u oblasti budućnosti čovečanstva i održivog razvoja. Okosnicu sadržaja predstavljaju priče o velikim hemijskim otkrićima, ali najnovije naučne inovacije se takođe mogu videti na veb-sajtu.

Na osnovu uspeha veb-sajtaChe mgeneration, iz godine u godinu pravimo programe koji podstiču učenike srednjih škola uzrasta od 14 do 18 godina na naučno razmišljanje i ponašanje. Godine 2012. predstavili smo im naučne tehnologije koje su najvažnije komponente održivog, modernog grada kroz onlajn-igricu pod nazivom Future City (Grad budućnosti). Godine 2013. pozvali smo učenike srednjih škola da učestvuju na takmičenju pod nazivom „lančana reakcija“, koje je aktiviralo

njihovo znanje iz oblasti fizike i hemije. Svaki tim napravio je automatsku mašinu „lančane reakcije“, koja je funkcionisala pomoću niza fizičkih i hemijskih reakcija.

U školskoj 2014/2015. ponovo pozivamo učenike da učestvuju u naučnom takmičenju. Naučno takmičenje „Heroji budućnosti“ ima za cilj da otkrije buduće mlade pronalazače koji su sposobni da kreativno primene naučne inovacije u sprovođenju ekološkog rešenja.

timovi srednjoškolaca moraju obaviti naučno istraživanje i izraditi inovativno, održivo rešenje koje može rešiti problem u njihovim lokalnim zajednicama. taj problem može biti rasipanje energije u školi ili preterano stvaranje otpada – suština je u tome da se za rešavanje problema moraju koristiti naučne metode. Najbolje ideje mogu poslužiti kao dobri primeri i mogu inspirisati druge da pokrenu promene i da koriste održiva rešenja.

Priručnici predstavljaju tri glavna globalna trenda za budućnost i sadrže devet bogato ilustrovanih naučnih članaka. U njima se otkrivaju vezu između održivosti i nauke na globalnom nivou koja najviše utiče

na naš svet, kao što je korišćenje energije ili vode. tekstovi učenicima predstavljaju rezultate najnovijih istraživanja i inovacije, i pružaju mnogo interesantnih podataka koji će pobuditi njihovo interesovanje.

Naučni članci takođe pomažu i nastavnicima jer se oni mogu informisati o najnovijim naučnim otkrićima, za koja verovatno nisučuli do sada.

4

Brz rast stanovništva i gradovi koji se šire predstavljaju izazov za naučnike. Struktura gradova se menja a metode izgradnje postaju sve manje štetne po okolinu. takođe je važno imati čist vazduh i održivu vodoprivredu, a za te oblasti već su ponuđeni neki uzbudljivi naučni odgovori.

Pročitajte sve o najnovijim eko-gradovima, fantastičnim metodama izgradnje za budućnost, biološkom prečišćavanju vode i mogućnostima desalinacije morske vode. Upoznajte se sa posledicama zagađenja vazduha i borbom protiv njega pomoću najnovijih naučnih tehnologija.

5

ŽiVOt U GrADOViMA

6

Budućnost vode – kako nauka može da utoli našu žeđ?

ljudima, kao i svim živim bićima, potrebna je voda da bi živeli. zbog porasta broja svetskog stanovništva i klimatskih promena, vodni resursi naše planete stalno se smanjuju, a preostali deo postaje sve zagađeniji. Ovaj članak otkriva šta sve nauka radi u cilju očuvanja čiste vode.

Svaka kap je

dragocena

Voda je jedna od najrasprostranjenijh materija na zemlji. toliko je rasprostanjena da je skoro tri četvrtine planete,

71%PrekriVeNO

VODOM

?

Okeani, mora, jezera i reke veliki su vodni resursi,

iako i Severn i južni pol, kao i planinski glečeri takođe sadrže vodu u obliku leda.

s

J

=kako je moguće da se uprkos

izdašnim vodnim resursima ljudi i dalje suočavaju sa nestašicom

vode u mnogim delovima sveta

Odgovor je da samo mali procenat,

jedva 2,5% vodnih resursa zemlje, predstavlja slatkovodna,

pijaća voda. Štaviše, velika količina slatkovodnih resursa je uglavnom

zamrznuta kao trajni sloj snega i leda u glečerima ili se nalazi duboko ispod

površine zemlje među stenama, i teško je do nje dopreti.

ipak, potražnja za vodom je sve veća. U današnje vreme, vodu je potrebno

obezbediti za

`za piće, jelo i higijenu. Ali za

nekoliko decenija,

moraće da deli mnogo manje vode.

7 milijardi ljudi svakog dana:

10 milijardi ljudi

7

Bogate i sušne bliskoistočne zemlje uvoze vodu za piće sa jezera kanade i Sibira,

što znači da ta voda praktično proputuje ceo svet pre nego što dođe do onoga

ko je na kraju popije. Slično je i u Americi gde veliki gradovi sa milionima ljudi

dobijaju vodu sa stotinama kilometara udaljenih izvora. Poslovni ljudi koji već uveliko kupuju vodne resurse u rusiji, kanadi i na Aljasci novi su milioneri.

S jedne strane, zbog klimatskih promena jer rastuća temperatura

zemlje dovodi do ekstremnih vremenskih uslova, češćih

suša, jezera koja su sve manja i suvih slivnih područja. S druge

strane, potrošnja vode od strane ljudi, posebno onih koji žive u velikim gradovima, značajno je

povećana. U mnogim oblastima, potrošnja vode već raste brže

nego što postojeći resursi mogu da obezbede. Neverovatno je da se uprkos zabrinjavajućim

činjenicama luksuzna potrošnja vode ne smanjuje. recimo, za navodnjavanje terena za golf

potrebno je toliko vode za jedan dan koliko bi i polovina stanovništva

na zemlji dnevno potrošila.

Najnovije istraživanje pokazuje da danas

1 milijarda ljudi pati od žeđi

da će

2050. godine na planeti biti dovoljno

vode samo za polovinu čovečanstva.

i

Ali zašto postojeći vodni resursi osiromašuju?

ti Bun Pikens (t. Boone Pickens), najveći vlasnik vodnih resursa u

Americi, uložio je

$100 milionau kupovinu izvorišta. On planira da u budućnosti prodaje teksasu pijaću

vodu u vrednosti od

$165 milliona.

Voda kao imovina

Ukupan vodeni otisak (m3/god/stanovništvo)

Potrošnja vode meri se vodenim otiskom. Vodeni otisak nacionalne

potrošnje definiše se kao ukupna količina sveže vode koja se

koristi za proizvodnju dobara i usluga koje

koriste stanovnici jedne zemlje.

8

sAvEtŠtedite vodu na sledeće načine:!

• Tuširajteseumestodasekupateunapunjenoj kadi! za tuširanje od nekoliko minuta potrebno je upola manje vode nego za punjenje kade.• Zatvoriteslavinudokperetezubeisprečite bespotreban gubitak vode! • Skupljajtekišnicuzapolivanjekućnih biljaka, nemojte koristiti vodu iz česme!• Opremitesvojdomslavinamaituševimakoji štede vodu!• Udomaćinstvimasevodauglavnomrasipa prilikom povlačenja u toaletu. koristite efikasne vodokotliće sa više opcija!• Neperitesudovetekućomvodom, već ih potopite u vodu, tako ih je i lakše čistiti!

Biomimikrija:imitiranje životinja u prirodi

Životinje koje žive u sušnim staništima prilagodile su se okolnostima. Na

primer, u Africi živi jedinstvena buba koja koristi sićušna mikro-vlakna

na svojim leđima da prikuplja vodu iz isparenja u vazduhu tokom jutra. Ovo pametno rešenje inspirisalo je

naučnike koji već rade na flaši za vodu koja se sama puni i koja funkcioniše

po sličnom principu: flaša je prekrivena specijalnim nanotehnološkim

materijalom koji usmerava vlagu iz vazduha u bocu.

Mnoštvo cevi, kanala i pumpnih stanica kojima upravljaju naši javni vodoprivredni sistemi neophodno je za pouzdano snabdevanje naših slavina vodom svakog dana. Dodatni pritisak predstavljaju rast stanovništva i povećana upotreba vode u ishrani jer deo stanovništva sve češće prihvata tipove ponašanja koji uključuju veću potrošnju vode.

Pošto stanovništvo raste, sve je veći i broj ljudi koje treba nahraniti. Malo ljudi zna da ljudi troše najveće količine vode za ratarsku i stočarsku proizvodnju: poljoprivreda učestvuje sa 80% u globalnoj potrošnji vode, što znači da je to oblast u kojoj su neophodna značajna smanjenja u korišćenju vode.

Upravo zato izvestan broj naučnika pomoću naprednih eksperimenata pokušava da nađe odgovor na pitanje kako proizvesti dovoljno hrane uz upotrebu manje količine vode. U našem članku „Više hrane sa manje vode“ možete pronaći detaljnije informacije o ovoj temi.

zbog ubrzane urbanizacije, obezbeđivanje vode za mega gradove postaje sve teže. Bez vode ne bi bilo lokalnih poslova ni industrije. za vatrogasnu službu, opštinske parkove i javne bazene potrebne su velike količine vode.

Voda je ključ modernog života

koliko se vode koristi za proizvodnju vaše omiljene hrane?

1 kriška hleba = 48 litara vode

1 hamburger = 2.393 litra vode

1 kriška sira = 152 litra vode

1 tabla čokolade = 1.720 litara vode

1 jabuka = 82 litra vode

1 šolja kafe = 132 litra vode

1 parče pice = 1.216 litara vode

1 kg junećeg mesa = 15.415 litara vode

9

Da li znate?

stoga ljudi odavno pokušavaju da naprave pijaću vodu od slane, a to se može postići desalinacijom. Jednostavna destilacija već je primenjivana u 4. veku p. n. e, ali složeni proces prokuvavanja vode mnogo puta kao i hlađenja i kondenzacije pare koja se stvara na ovaj način zahteva mnogo energije.

Graditelji mega gradova budućnosti slažu se da moderan megalopolis mora da reciklira kišnicu na različite načine. Jugoistočna Azija možda ima najdužu tradiciju u korišćenju kišnice. Čuveni japanski oblakoder Tokio Skajtri (Tokyo Skytree) – visok 634 metra, druga najviša građevina na svetu – na nižim podrumskim nivoima ima velike cisterne koje mogu da prime oko 2.600 kubnih metara kišnice. Ovo pametno rešenje znači besplatnu vodu za hlađenje ogromne zgrade i ispiranje toaleta.

Osim toga, zeleni krovovi na gradskim zgradama nisu tu samo zato što lepo izgledaju. Oni uglavnom predstavljaju inovativna rešenja za upravljanje kišnicom i u isto vreme unapređuju energetsku ravnotežu zgrade, kvalitet vazduha i urbanu ekologiju. Zeleni krovovi mogu da apsorbuju i recikliraju kišnicu dok se neki zagađivači akumuliraju u biljnom okruženju. Intenzivan zeleni krov može da zadrži do 75% padavina, te tako smanjuje i oticanje i količinu kišnice koja završava u kanalizaciji.

Membrana Multibore® Ultrafiltration koju pravi podružnica nemačke kompanije BASF već se pokazala efikasnom u mnogim postrojenjima za desalinaciju. Membrana omogućava sigurnu barijeru za suspendovane materije, bakterije, viruse i druge mikroorganizme i pruža konstantno visok nivo kvaliteta filtrata, čak i u slučajevima kada se sastav originalne vode menja.

Ekonomičniji oblik desalinacije zasniva se na obrnutoj osmozi, tokom koje se morska voda propušta kroz polupropusnu membranu pod velikim pritiskom, a rezultat toga je da voda gubi so. Hemija igra ključnu ulogu u omogućavanju veće efikasnosti ovog postupka.

Morska voda će spasiti ljudski rod?Mora i okeani najveći su rezervoari vode na Zemlji,

Prema predviđanjima kompanije Global Water Intelligence (GWI) koja je

stručna za ovu oblast, 14%svetskog stanovništva zadovoljavaće

2025godine svoje potrebe za vodom kroz desalinaciju morske vode. Danas ova

cifra iznosi samo 1%.Trenutno postoji

17,000 postrojenja za desalinaciju u

120 zemalja, ali se očekuje značajan porast broja

postrojenja.

Dar sa nebesa

?Trenutno se u Kini i Brazilu koristi najviše kišnice. U tim zemljama prikupljanje kišnice na krovovima uobičajeno je za obezbeđivanje pijaće vode, vode za potrebe domaćinstva, vode za stoku, vode za navodnjavanje manjeg obima, kao i način da se dopuni nivo podzemnih voda

•

10

Inovativna prerada vodeOzbiljne probleme izaziva ne samo mala količina već i loš kvalitet vode.

Situacija je posebno dramatična u gradovima u zemljama u razvoju. U Buenos Ajresu, na primer, reke su veoma zagađene; u Kalkuti u Indiji stanovništvo se muči sa fekalnim zagađenjem i povećanom koncentracijom arsenika u podzemnim vodama. Situacija u Kini je takođe alarmantna: 90% podzemnih voda u gradovima je zagađeno.

Veliki izazov za stručnjake jeste da se utvrde procedure koje će, sa jedne strane, obezbediti da manje zagađenja dospe u vodu, ali sa druge strane, i da se već zagađena voda može efikasno prečistiti.

Nemačka hemijska kompanija BASF u ponudi ima različita rešenja za preradu

vode u nekoliko oblasti. Katjonska emulzija Zetag® Cationic Emulsion može se koristiti za preradu vode iz industrijskog otpada kao i za niz situacija u kojima je potrebno odvajanje tečnosti i čvrstih materija. Njena velika molekularna težina daje odličan tehnički učinak što vodi ka nižim troškovima pri preradi otpadnih voda. Brzodelujuća tečnost uglavnom se koristi za prečišćavanje vode iz industrijskog otpada u papirnoj, tekstilnoj i kožarskoj industriji, kao i u prehrambenoj industriji i pivarama.

Membrana Multibore®, koju je izradila jedna od podružnica kompanije BASF, odgovara prečišćavanju otpadnih voda, posebno njihovoj filtraciji. Voda se cedi kroz izuzetno male pore od 20

nanometara, a one su tri hiljade puta manje od debljine ljudske dlake. Ovo je metoda koja unapređuje zdravlje i čistoću u svetu zaista mikroskopskih dimenzija. Nakon takve filtracije stvara se homogena tečnost.

Kompanija BASF takođe je napravila svoju revolucionarnu membranu za ultra filtraciju u prenosivom sistemu za prečišćavanje vode, LifeStraw Family, koji može da prečisti zagađenu vodu filtrirajući viruse i bakterije. Na ovaj način se može prečistiti čak i voda iz prljavih bara, jezera ili reka. Sistem je nekoliko puta korišćen u oblastima pogođenim prirodnim katastrofama od 2008. i obezbedio je pijaću vodu ljudima kojima je zaista bila potrebna.

Oko

2,5 milijardiljudi ima problema zbog upotrebe zagađene vode i ima poteškoća u

dnevnom snabdevanju čistom vodom.

Širom sveta se

80%urbanih otpadnih voda

ispušta direktno u reke, jezera ili mora bez prerade.

Da li znate? SAVETPranje kola bez vode?!

Takozvane žive mašine takođe se koriste za prečišćavanje otpadnih voda. U tim sistemima, zagađivači se raspadaju pomoću bakterija uz ekološku zajednicu od 2 do 3.000 vrsta uključujući alge, puževe, školjke, rakove, biljke i ribe. Ovi organizmi koriste zagađivače kao hranu i ugrađuju ih u svoje telo.

Za samo jedno pranje kola potroši se 200 litara vode. Ipak, pranje bez vode, kada se za čišćenje kola koriste blage hemikalije ili para, već postoji. Potražite ovakva rešenja za uštedu vode u svakodnevnom životu!

• •

11

Hemija vodeVoda je višenamenska materija

Voda je višenamenska materija: ona je odličan rastvarač, većina za život važnih procesa odvija se u vodenom rastvoru, a takođe je i čest reagens. Po mnogo čemu voda se ponaša različito: na primer, maksimalna gustina vode je na oko 4 stepena Celzijusa, te stoga ledeni breg pluta po površini vode i zato se tekuća voda smrzava odozgo nadole. Njena druga posebna karakteristika je viskoznost, ili unutrašnje trenje, koje se ne menja linear-no sa pritiskom: prvo se smanjuje, a onda se povećava. Viskoznost vode je relativno velika, i ona se značajno smanjuje sa povećanjem temperature.

sAvEtPranje kola bez vode?

Da li znate?Gde je lakše da se pliva? Hladna voda ima veći viskozitet tako da je teže pokretati se u njoj, ali je ipak lakše plutati na njenoj površini zbog velike gustine.

jedinstvena karakteristika vode je činjenica da su zbog njenog visokog površinskog napona kapljice vode sferične.

Voda može da apsorbuje, skladišti i otpušta velike količine toplote. Ovo svojstvo se koristi i u industriji,

ali je važno i u prirodi zbog svoje uloge u vezi sa klimatskom kompenzacijom.

U hemijskom kontekstu, destilovana voda je čist oblik vode, koji ne sadrži rastvorene supstance ili mikroele-mente koji se mogu naći u prirodnim komponentama mineralnih voda. Upotreba dejonizovane vode (ili vode sa niskim sadržajem jona) u velikim količinama nije zdrava, jer se esencijalni joni „ispiraju” iz tela.

•

12

čist vazduh – pomoću naučnih metodajedna od najozbiljnijih posledica sve veće urbanizacije jeste zagađenje vazduha, koje je u poslednjih nekoliko decenija postalo zaista zabrinjavajuće. istraživači rade na različitim metodama kojima vazduh u urbanim oblastima može da se prečisti do te mere da bude bezbedan za život ljudi, a na taj način se potpomaže i održivi razvoj metropola koje se stalno šire.

Većina stvari koje čovek obavlja zahteva izvesnu potrošnju energije, što posledično povlači i zagađenje vazduha. elektrane, industrijska proizvodnja, poljoprivreda, grejanje domova i prevoz – sve to emituje štetne materije u vazduh, što utiče ne samo na ljudsko zdravlje već i na atmosferu naše planete. takozvani gasovi efekta staklene bašte poput ugljen-dioksida (CO2) i metana (CH4) stvaraju jednu vrstu omotača oko zemlje koji zadržava toplotu: toplota od reflektovane sunčeve svetlosti ne može u potpunosti da napusti atmosferu, što dovodi do zagrevanja i globalnih klimatskih promena. Ugljen-dioksid prisutan je u atmosferi zemlje u konstantnoj koncentraciji. Njegova količina u vazduhu održavana je u ravnoteži već dugo vremena, iako je uvek bilo fluktuacija. zbog ljudskih aktivnosti, ova ravnoteža počela je da se menja od početka prošlog veka, a istraživači tvrde da je sada količina ugljen-dioksida vrlo blizu granične, što je tačka sa koje nema povratka.

Biljke su zadužene za preradu ugljen-dioksida koji se nalazi u vazduhu: one ga koriste kao hranljivi sastojak i pretvaraju ga u kiseonik, koji je od izuzetne važnosti za opstanak ostalih živih bića, uključujući i ljude. ipak, problem predstavlja to što se i biljni svet na zemlji takođe stalno smanjuje: 7 miliona hektara šuma je raskrčeno zbog rasta gradova i zato što je drvo potrebno za razne vrste

proizvodnje. Sve ovo doprinosi neravnoteži. Osim ekološkog opterećenja, zagađenost vazduha takođe je izuzetno štetna za ljudsko zdravlje. Brojne druge štetne materije takođe stižu u vazduh, recimo izduvni gasovi automobila, što pogoduje razvoju raznih bolesti disajnih organa. kada, na primer, koncentracija zagađivača iz izduvnih gasova, oksida azota (azot-monoksid (NO) i azot-dioksid (NO2) ), u vazduhu postane visoka, delovanjem sunčeve svetlosti stvara se ozon koji, zaje dno sa ugljovodonicima i česticama čađi, dovodi do stvaranja tzv. smoga los Anđelesa iznad gradova. Prema proceni Svetske zdravstvene organizacije (SzO) 700 hiljada ljudi umire svake godine usled uticaja ovakvog zagađenja vazduha.

SMOG POStAje kONStANtNO PriSUtAN izNAD VelikiH GrADOVA

Da li znate?iako se prašume smatraju plućima zemlje, većinu kiseonika stvaraju planktoni i morske alge koje žive u okeanima. Stoga zagađenje vode takođe značajno utiče na stanje vazduha.

•

Da li znate?Može se reći da su ovce, koze i krave takođe odgovorne za globalno zagrevanje jer se velike količine metana stvaraju u crevima ovih preživara. Proizvodnja jednog kilograma govedine dodaje 36 kg ugljen-dioksida ukupnoj količini gasova koji stvaraju efekat staklene bašte – što je ista količina zagađenja vazduha koju proizvede prosečno evropsko vozilo koje pređe razdaljinu od 250 km.

•

13

Mapa svetskog ekološkog otiska jasno pokazuje da je zagađenje vazduha najveće iznad najgušće naseljenih oblasti. izvor: http://environment.nationalgeographic.com/environment/energy/great-energy-challenge/global-footprints/

čini se da je najveći izazov smanjenje količine ugljen-dioksida, što se može izvesti na dva načina. S jedne strane, mi možemo značajno smanjiti emisiju. Međutim, trenutno se ovo ne čini održivim: iako su preduzete oz-biljne mere da se smanji upotreba fosilnih goriva i poveća korišćenje alter-nativnih tipova energije, one nisu dovoljne za značajnu promenu u nivoima zagađenja vazduha u roku od nekoliko godina. Drugo rešenje je naći način da se ugljen-dioksid koristi namenski tako što će se izvlačiti iz vazduha. Hiljade naučnika već radi na ovim rešenjima – a sada se već može reći i da rezultati obećavaju.

činjenice i brojke

50% - polovina čovečanstvaizložena jeopasnom nivou zagađenosti vazduha svakog dana.

14

UkrOtiti NePrijAteljA

UGljeN-DiOkSiD kAO SPASilAC zeleNe eNerGije

Postoje razni pokušaji da se koristi ugljen-dioksid, od procesa manjeg obima do velikih industrijskih rešenja. Malo ljudi zna da hemijska industrija već prerađuje veliku količinu CO2. to znači da se ugljen-dioksid koji se stvara tokom industrijske proizvodnje, uglavnom putem sagorevanja ili hemijskih reakcija, ne ispušta u vazduh već se, nakon što se prečisti, koristi u različite svrhe. Ugljen-dioksid koji se stvara u takvim procesima koristi se za pravljenje kisele vode, ali i za pakovanja koja uključuju modifikovanu atmosferu, koristi se za proizvodnju plastike, kao osnovni materijal za veštačka đubriva, pa čak i u medicini.

iako na prvi pogled može izgledati čudno CO2, koji se smatra štetnim, može takođe imati i svoju ulogu u poboljšanju efikasnosti obnovljivih vrsta energije. Ponekad se dešava da obnovljivi izvori proizvode više struje nego što mreža u datom trenutku može da primi. Skladištenje viška energije koja se stvara na taj način veoma je skupo, a ponekad i nemoguće. Novi hemijski proces nazvan „energija-u-gas“ (power-to-gas P2G), čiji je jedan od ključnih

elemenata baš ugljen-dioksid iz efekta staklene bašte, možda bi mogao da reši ovaj problem. U fizičkim i hemijskim procesima višak energije mogao bi se pretvoriti u prirodni gas (metan) putem procesa od dva koraka i korišćenja CO2 kao reagensa. U prvom koraku, višak zelene energije koristi se kao energetski unos za pretvaranje vode (H2O) u vodonik (H2) i kiseonik (O2). Vodonik onda stupa u reakciju sa CO2 da bi se stvorio gas metan (CH4).

činjenice i brojke

Opšte je poznato da metan (glavni sastojak gasa koji se dobija preradom uglja) dobro skladišti energiju koja se može lako ubaciti u postojeću mrežu prirodnog gasa, te se može koristiti po potrebi. Ovaj metod stoga predstavlja ekonomičan način za skladištenje zelene energije.

Više od30 milijardi tona CO2 stvaraju ljudiširom sveta svake godine.

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

15

iMitACijA PrirODe:VeŠtAčki liSt

DOBAr POSAO: UPOtreBA UGljeN-DiOkSiDA zA PrOizVODNjU GOriVA

UGljeN-DiOkSiD kAO SirOViNA – SiNtetički GAS (SiNGAS)

Ugljen-dioksid može se koristiti za proizvodnju metanola, koji se pak može koristiti kao gorivo, putem tzv. ugljen-neutralne metode. kompanija sa islanda otvorila je prvi pogon u kome se proizvodi metanol iz CO2 putem geotermalne energije iz toplih izvora kao prirodnog izvora energije. kompanija planira da jednog dana iz ugljen-dioksida počne da proizvodi čak 50 miliona litara ovog alkohola godišnje. Može se koristiti, na primer, za stvaranje energije u ćelijama goriva ili se može mešati sa benzinom kao aditiv.

Postoje i druga rešenja za upotrebu ugljen-dioksida kao goriva. tri nemačke kompanije, BASF, linde i thyssenkrupp, nedavno su započele projekat proizvo-dnje singasa iz ugljen-dioksida i vodonika kao inovativni proces od dva koraka. U prvom koraku, novom tehnologijom koja koristi visoku temperaturu obrađuje se priro dni gas da bi se dobili vodonik i ugljenik. U poređenju sa drugim procesima, ova tehnologija stvara veoma male količine CO2. Vodonik onda stupa u reakciju sa velikim zapreminama CO2 (iz drugih industrijskih procesa) radi stvaranja singasa. taj gas je ključna sirovina za hemijsku industriju, a takođe je pogodan i za proizvodnju goriva.

Mladi naučnik Džulijan Melkiori (julian Mel-chiorri) ove godine smislio je senzacionalni pronalazak za neutralizaciju ugljen-dioksida: uz pomoć svile, specijalnog proteina i su-pstance koja se nalazi u algama, on je stvorio veštački list koji obavlja fotosintezu na isti način kao i prave biljke. Potrebno je samo svetlo da bi pronalazak počeo da pretvara ugljen-dioksid iz vazduha u kiseonik. Veštački list izgleda zaista lepo i stoga se može koristiti za prekrivanje unutrašnjih i spoljašnjih zidova zgrada, koji bi tako mogli iznova da koriste ugljen-dioksid koji se emituje u gradovima.

Pošto je pogodan i za dugotrajni život u svemiru, veštački list bi takođe mogao da odigra važnu ulogu u istraživanju kosmosa jer naučnici ne znaju da li bi organske biljke mo-gle da prežive i da cvetaju van naše atmosfere na način koji je potreban ljudima. kada bi ljudi kolonizovali svemir, ovaj veštački list bio bi neophodan onima koji bi živeli na drugim planetama za stvaranje sopstvenog gasa O2. Upravo zato je čak i NASA pokazala interes-ovanje za ovaj pronalazak.

izvor: Društvo za hemijski inžinjering i biotehnologiju (DeCHeMA)

110 miliona - kada je u pitanju globalna emisija CO2 još oko 110 miliona tona se trenutno koristi za hemijske sirovine.

Pre

ma

najn

ovijim

rezu

ltatim

a na

učni

h is

traž

ivan

ja, r

ecik

liran

je u

glje

nika

ne

bi s

amo

sman

jilo n

ivo

zaga

đen

osti

vazd

uha

već

bi m

oglo

da

reši

kr

izu

sa iz

vorim

a en

ergi

je -

na

tri p

oten

cija

lna

nači

na.

16

Prečišćavanje vazduha u velikim količinamajedinstvena tehnička rešenja stvorena su za namensko prečišćavanje vazduha u velikim gradovima. ta rešenja mogu nas osloboditi uticaja ne samo ugljen-dioksida već i otrovnih gasova.

Nemački pronalazač Getc Hisken (Götz Hüsken) je, recimo, došao na ideju da površine puteva treba prekriti titan-dioksidom koji bi, u fotokatalitičkoj reakciji – kao efekat ultraljubičastog zračenja sunčeve svetlosti – razložio azot-dioksid koji zagađuje vazduh. Sa takvim rešenjem bi nivo azotnog oksida u vazduhu mogao biti smanjen i do 45%.

izum holandskog pronalazača, Dana rosegarda (Daan ro-osegaarde), skoro bukvalno bi „očistio poput usisivača“ nebo iznad velikih gradova. On planira da izgradi niz parkova naprav-

ljenih od nizova bakarnih kalemova, koji će, poput prečišćavača vazduha, koristiti statički naelektrisane pozitivne površine za usisavanje čestica ugljenika iz atmosfere. kada pilot projekat za 2014. godinu postavljen u Pekingu krene da funkcioniše, očeku-je se da će stvoriti rupu čistog vazduha prečnika 40 metara sa približno 75 odsto manje zagađenja. On čak planira prikupljanje čađi ugljenika: preradu jednog njegovog dela u veštačke dija-mante – alhemičarski trik koji je impresivan skoro kao i usisava-nje smoga. Ukoliko plan uspe, Peking bi mogao da ispuni svoj cilj da bude grad bez smoga do 2017.

17

kako su prevozna sredstva odgovorna za 30 procenata zagađenja vazduha, kvalitet vazduha mogao bi biti poboljšan putem smanjenja emisije iz motornih vozila. U tom smislu napravljeno je nekoliko inovativnih delova za motore, uključujući i ekološke katalizatore koje je stvorila kompanija BASF i koji se sada uspešno koriste u stotinama hiljada prevoznih sredstava. Filter ugrađen u izduvne sisteme vozila obezbeđuje višestepenu hemijsku reakciju dok je vozilo u pogonu. tokom ovog procesa tri ključna jedinjenja u emisionom sistemu (ugljovodonik, ugljen-monoksid i azot-dioksid) skoro se u potpunosti pretvaraju u ugljen-dioksid, azot i vodu.

Poznata kompanija iz oblasti hemijske industrije radi na katalizatorima i za dizel vozila i motore, koji takođe mogu pomoći u postizanju niskih nivoa emisije. Njihovo najnovije rešenje za smanjenje zagađenosti vazduha je PremAir® patentirani katalizator – sloj koji pretvara ozon sa nivoa tla, glavni sastojak smoga, u kiseonik. kako vazduh prolazi kroz hladnjak vozila sa ovim slojem, PremAir® katalizuje reakciju koja pretvara ozon u dvomolekulski kiseonik. Ovaj proces koristi veliku zapreminu vazduha koja prolazi kroz hladnjak automobila.

zagađenje vazduha vozilima takođe bi se značajno smanjilo ukoliko bismo prešli sa goriva fosilnog porekla na alternativne vrste goriva. za sada, električni i hibridni automobili predstavljaju glavnu alternativu tradicionalnim motornim vozilima – ali istraživači su napravili i automobile koji rade na vodu (preciznije: na vodonik iz razlaganja vode) ili komprimovani vazduh. za više podataka o budućnosti saobraćaja, pročitajte naš članak pod nazivom „Nove perspektive u saobraćaju“.

MODerNA VOzilA = čiStiji VAzDUH

kako su prevozna sredstva odgovorna za 30

procenata zagađenja vazduha, kvalitet

vazduha mogao bi biti poboljšan putem smanjenja emisije iz

motornih vozila.

18

„VAzDUŠNA HeMijA“

Vazduh je mnogo komplikovaniji sistem nego što mislite: njegovi glavni sastojci su azot (78%) i kiseonik (21%), ali on takođe sadrži i nekoliko fiksnih i promenljivih koncentracija komponenti gasa iz različitih prirodnih i veštačkih izvora. Na primer, sumpor-dioksid (SO2) može nastati iz aktivnosti vulkana, izduvnih para i sagorevanja uglja. Ovo poslednje uvek dovodi do povećanih koncentracija sumpor-dioksida tokom zime, što za rezultat ima povećan broj napada astme.

Vazduh uvek sadrži vodenu paru i kapljice vode u kojima se gorepomenuti gasovi rastvaraju, što dovodi do kiselog

taloženja, ali postoje i brojne druge reakcije kada su u pitanju rastvorljivi gasovi.U hladnijim područjima mali kristali leda takođe postoje u vazduhu. Površina ledenih kristala odličan je katalizator koji podstiče i razlaganje ozona.

Među ostalim čvrstim materijama, upravo su čestice čađi (koje se ne talože) te koje su najopasnije za zdravlje, posebno PM 2,5 t.j. čestice koje imaju manje od 2,5 mikrona u prečniku. One ulaze u pluća i prenose metale i organske zagađivače koji se vezuju za njihovu površinu.

+ +N(78%) (21%)

SO 2O2

19

20

Moderni gradovi budućnostiNagli porast broja stanovnika u svetu doveo je do rastućeg broja gradova koji zauzimaju sve veće površine. Prema proračunima, 2050. će 75% ljudi živeti u ogromnim megalopolisima. Ovaj predvidljivi proces pokrenuo je diskusije među naučnicima o gradovima koji su pogodni za život. Naučnici rade na novim tehnologijama koje nam mogu pomoći da u budućnosti živimo u inovativnoj i održivoj gradskoj sredini koja će takođe moći da zadovolji i društvene potrebe.

GrADOVi SA NOVOG ASPektA

često verujemo da su fabrike i industrijska postrojenja odgovorni za zagađenje životne sredine i rastuću potrebu za energijom, ali ne, veliki gradovi su odgovorni za to. Možda zvuči neverovatno, ali velikim gradovima se pripisuju dve trećine ukupne potrošnje energije na svetu. trenutno je najnaseljeniji grad na svetu tokio, u kome živi skoro 13 miliona ljudi, što predstavlja 10% stanovništva japana. Više vas ne čudi prethodna činjenica, zar ne? Glavna pitanja naučnika jesu koji događaji nam mogu pomoći da smanjimo korišćenje energije u ovim velikim gradovima i koji metod bi se mogao upotrebiti da se ova prenaseljena mesta učine pogodnijim za život.

Mnoga rešenja leže u građevinama. Ogromni oblakoderi su do

sada predstavljali isključivo arihitektonska čuda, i divili smo im se zbog njihove visine, ali zgrade nove generacije se razlikuju. Na primer, ogromni oblakoder u londonu, nazvan Šard (Shard), nije samo trgovački i poslovni blok koji funkcioniše uglavnom danju, već i „vertikalno selo“: u njemu se nalaze stanovi, restorani, pa čak i hotel. Najviša zgrada na svetu, Burdž kalifa (Burj khalifa) u Dubaiju visoka 828 metara nudi još više: u njoj se nalaze stanovi, trgovi, parkovi, restorani, hoteli i radnje, sve u istoj zgradi. Svi oblici socijalizacije smešteni su u jednom tako da ukoliko želite da popijete kafu, ne morate hodati do kafića u susednoj ulici: samo uđete u lift i odete na neki drugi sprat.

Trenutno je najnaseljeniji grad na svetu Tokio, ukome živi skoro

13 miliona ljudi, što predstavlja

10% stanovništva Japana.

21

MASDAr SitiU Arapskim emiratima gradi se grad koji maksimalno poštuje ekološke principe. On će trošiti četvrtinu energije i vode u odnosu na gradove slične veličine.Dve milijarde tona sirove nafte uštedeće se u periodu od 25 godina. kako je to moguće? Prema nacrtima, veliki solarni panel u obliku kišobrana biće postavljen iznad grada, i on će proizvoditi energiju tokom dana, a noću će se zatvarati. Postrojenje će štedeti oko 17.5000 tona CO2 svake godine. Osim projekata za solarnu energiju, u Masdaru ćetakođe biti napravljena jedna od najvećih planiranih priobalnih vetroelektrana na svetu. Naravno, posebno se vodi računa o materijalima za zgrade, u čemu pomažu inovativna građevinska rešenja kompanije BASF. Na primer, materijali koji menjaju agregatno stanje a koji su integrisani u gips i gipsane ploče, ili polistiren i poliuretan koji se koriste za izolacione pene mogu predstavljati alternativu za klimatizaciju. Osim toga, crni pigmenti koji se koriste za premazivanje krovova apsorbuju samo malu količinu infracrvenih zraka te tako sprečavaju zagrevanje tamnih površina. Pored uštede energije, otpad se sortira i reciklira, a organski otpad koristiće se za kompost. Siti takođe primenjuje koncepte ekološkog prevoza. Do 2025. godine, kada će biti kompletno sagrađen, očekuje se da će imati 40.000 stanovnika, kao i da će u njega na posao putovati 50.000 ljudi.

Projektanti ne planiraju samo inovativne zgrade već i projekte čitavih gradova. U južnoj koreji, poslovna zona Songdo international Business zone gradi se na 610 hektara, i biće najsavremeniji visokotehnološki i ekološki grad na svetu, a u njemu će se nalaziti kuće za stanovanje, škole, bolnice, kancelarije i ustanove kulture. Ovo je prvi na svetu kompletno informaciono-tehnološki umrežen grad, gde se sve – od naručivanja namirnica do medicinskih pregleda – može obavljati na daljinu, putem kompjuterske mreže. četrdeset odsto površine grada biće prekriveno zelenilom a pešačkom i biciklističkom saobraćajubiće data velika važnost. Osim estetskog aspekta, parkovi će sprečavati stvaranje ostrvaca urbane toplote, u slučajevima kada temperatura zbog zgrada poraste i dovede do pogoršanja kvaliteta vazduha. Ceo grad se gradi po principima ekološkog projektovanja, koji uključuje zelene krovove sa vegetacijom koji sprečavaju oticanje atmosferskih voda i unapređuju biodiverzitet, energetski efikasne leD semafore, pa čak i podzemni sistem za prikupljanje otpada koji eliminiše potrebu za kamionima za smeće. inteligentno urbanističko planiranje osigurava kratke razdaljine, kao i sofisticirani sistem reciklaže i ekološki gradski prevoz. Desalinisana morska voda ubacuje se u lanac vodosnabdevanja i pokriva polovinu potreba grada za vodom. Slični eko-gradovi već se grade u kini i indiji.

Jedan od najviših oblakodera u Americi, ujedno i na svetu, visok je

541 metara izgrađen

je 2013. u Njujorku.

Jaka i izdržljiva struktura napravljena je uz pomoć zelene tehnologije kompanije BASF. Zeleni beton (Green Sense Concrete) doveo je do

ekološke uštede više od 113.500 litara sveže vode, što bi bilo dovoljno da se napuni

6.000 kada.

Pomoću ove nove tehnologije, može se uštedeti osam miliona kilovatsati energije, što

je skoro 340.000 kilograma fosilnih goriva, a može se sprečiti i mnogo više od 5 miliona kilogramaemisija CO2.

Osim luksuznih naselja, projektanti takođe misle i na nehigijenska naselja bez struje i ispravne vode koja su prilično izložena uticajima prirodnih sila. Inovacije omogućavaju brze i jeftine konstrukcije, dok se putem stabilnih i fleksibilnih struktura stvaraju bezbedni domovi za ljude. Na primer, u Meksiko Sitiju izgrađeno je 10.000 novih domova pomoću aditiva za beton kompanije BASF, koji su u velikoj meri skratili vreme potrebno za stezanje betona, čime je i izgradnja postala mnogo jeftinija.

22

terAFOrMirANje – HAjDe DA Se PreSeliMO NA DrUGU PlANetU!

GrAđeViNArStVO BUDUćNOSti

čovečanstvo je svesno činjenice da „prerastamo“ zemlju, pa smo zato druga mesta za život počeli da tražimo na drugim nebeskim telima. Sve do sada se teraformiranje uglavnom javljalo u naučnofantastičnim filmovima, ali moguće je da će ljudska vrsta, pomoću naučnih izuma i tehnologije, uspeti da izmeni atmosferu, temperaturu i topografiju planeta u budućnosti da bi ih učinila pogodnim za stanovanje ljudskih bića. Među planetama za koje sada znamo, Mars se čini

najpogodnijim sa tog aspekta, uprkos činjenici da je prosečna temperatura – 60 stepeni i da ima i manje svetla. Posebne grupe naučnika već su izradile planove od više koraka. Prvo bi trebalo podići temperaturu, što bi rezultiralo topljenjem leda i otpuštanjem ugljen-dioksida koji je vezan u tlu. Ogledala postavljena u orbitu oko Marsa mogla bi dodatno pojačati efekat staklene bašte. Nakon toga, zasadile bi se biljke koje bi stvarale kiseonik.

zbog svesti o ekologiji i energiji, inovativna arhitektonska rešenja postaju sve važnija jer je glavni razlog za zagađenje vazduha u velikim gradovima sa milionima stanovnika emisija zagađivača od korišćenja energije u domaćinstvima. rešenje za taj problem je pojava tzv. pasivnih kuća koje se sve češće javljaju. te građevine su posebne jer su napravljene od ekoloških materijala ekološkim tehnologijama koje doprinose uštedi značajne količine energije, a u isto vreme smanjuju zagađenje životne sredine. to se na najbolji način postiže putem smanjenja ili totalne eliminacije sistema grejanja, za šta se koriste moderni izolacioni materijali. BASF Neoporpena za izolaciju jedan je od takvih materijala: razlikuje se od drugih materijala za izolaciju koji se prave na sličan način po tome

što se grafitne čestice mešaju sa sirovinom koja reflektuje toplotno zračenje. značajno je to da ne sadrži halogenizovane ugljovodonike, te je samim tim i manje štetan za okolinu. izolatori napravljeni od ovog materijala su 20% efikasniji od drugih izolatora. Specijalni PVC trostruki sistem prozora napravljen je tako da omogućava 20% bolju izolaciju ukoliko se na stakla postave zaštitni slojevi premaza kompanije BASF sa posebnim pigmentima. Pored toplotne izolacije, metoda korišćenja toplote takođe je važna. Ako ste nekada videli takvu zgradu, verovatno ste primetili solarne panele postavljene na krovove, ali osim korišćenja solarne energije,u grejnim sistemima se takođe koristi i toplota iz tla.

23

ziD kOji SklADiŠti tOPlOtU

zvuči neverovatno, ali kompanija BASF je otkrila rešenje i za to! Postoji materijal koji menja agregatna stanja (PCM) u gipsanim pločama koji apsorbuje toplotu danju i koristi je noću. kako je to moguće? Mikroinkapsulirani parafin prima toplotu koju kasnije otpušta. Materijal se topi na 23–26 stepeni i zbog promene stanja apsorbuje značajnu količinu toplote iz okoline, tena taj način temperatura prostorije ostaje ista. kasnije tokom noći – zbog pada temperature – parafin se stvrdnjava i otpušta skladištenu toplotnu energiju u okolinu.

Novinama nikada kraja: prema najnovijem istraživanju, ultramoderni izolacioni materijali moći će da pretvaraju čak i zvučne talase u toplotu. Osim inovativnih građevinskih materijala, građevinari razmišljaju i o spoljašnjem izgledu kuća. Pomoću nanotehnologije, naučnici su napravili specijalan zaštitni sloj koji sprečava čestice da se lepe na površinu tako da se zagađivači ne talože na spoljašnjost zgrada. Farba za zidove kompanije BASF ima hidrofilna svojstva što znači da privlači vodu. rezultat je da ukoliko dođe do obilnijih padavina,

kapljice se šire po površini zida i odmah peru nakupljenu prljavštinu. Nakon kiše, prianjajući tanak film od vode brzo isparava, sprečavajući stvaranje buđi i algi.zahvaljujući nanotehnologiji, u budućnosti nam neće trebati ni roletne jer se pravi sve inteligentnije staklo koje propušta svetlo ali ne i toplotu. U jednom eksperimentu između dva stakla stavljen je specijalni gel, ili su različita jedinjenja poput halida srebra umešana u materijal za staklo.Ono je tamnelo u zavisnosti od intenziteta svetla, ali u ovom slučaju

toplota je prolazila kroz staklo. istraživanja su u tako naprednoj fazi da je napravljena struktura stakla obogaćenog niobijum oksidom u koju su stavljeni nanokristali indijum-kalaj-oksida. Ova kombinacija može da odvoji i reguliše rasipanje vidljivog svetla i infracrvene toplote. leti ona inhibira toplotne zrake kako ne bi ušli kroz staklo u sobu,dok zimi propušta sunčeve zrake. Ovime se može značajno smanjiti potrošnja energije. Proizvodnja ove tehnologije je i dalje veoma skupa, ali je moguće da će postati izvodljiva u budućnosti.

24

Da li znate?Biomimikrija je spoj biologije i inženjeringa.Njen glavni cilj je da kopira ideje iz prirode imitirajući strukture i mehanizme organizama. Arhitekte rado istražuju građevinsku strategiju termita jer ta mala stvorenja uspevaju da sagrade čitave nasipe sa dimnjacima koji se otvaraju i zatvaraju a služe za hlađenje i grejanje, u kojima mogu da uzgajaju svoju glavnu hranu, a to je gljiva koja je izuzetno osetljiva na temperaturu. Kopiranjem ovog koncepta, energetski troškovi jedne zgrade mogu se značajno smanjiti.

•

Pri projektovanju nove zgrade, projektanti sve više uzimaju u obzir češću pojavu zemljotresa, te protiv njih izrađuju različite tehnologije. Najvažnije je napraviti zidove otporne na vibraciju, a to se može postići postavljanjem fleksibilnih drvenih i čeličnih greda i stubova. Pored toga, čelična struktura koja se ugrađuje u temelje kuće osigurava asporpciju vibracije zemlje. izuzetno lagane kuće i kuće izrađene od čelika ne ruše se kao čvrste kuće od cigle.

25

PAMetNi BetON

Posle vode, beton je najčešće korišćeni materijal na svetu, zato je kompaniji BASF bilo značajno da se pozabavi njegovom izradom. Aditivi i betonski materijali za popravke olakšali su proizvodnju betona, koji je postao elastičniji, te se potrošnja resursa i energije može smanjiti. Oni su takođe produžili vek trajanja zgrada i skratili period izgradnje.

26

NAMeŠtAj NOViH DiMeNzijA

recikliranje papira očigledno je širom sveta, setite se samo činjenice da je za proizvodnju jedne tone papira potrebno 300 tona vode! Od recikliranog papira se sada već prave knjige, potrošni papir, pa čak i toalet papir. ideju su dodatno razradili projektanti, te se u prodaji pojavio i nameštaj od papira. Možda zvuči neverovatno, ali takav nameštaj je izdržljiviji nego što mislite. Da ne pominjemo da je za prevoz tih izuzetno laganih komada nameštaja potrebno manje energije i da se oni mogu ponovo iskoristiti kada se odbace. Pošto se delovi nameštaja mogu međusobno spajati pomoću lepka i savijanja, svako ih

jednostavno može sastavljati kod kuće.Naučnici kompanije BASF razmatrali su drveni nameštaj sa aspekta zaštite životne sredine. Oni su izradili lagani materijal na drvenoj osnovi kaurit@, koji čini table nameštaja 30% lakšim, dok njihov kapacitet za opterećenje ostaje isti. Proizvođači više vole nove panele od šperploče, penastog polimera i kaurit@ adheziva, jer su oni laganiji, te su troškovi slanja i rukovanja takođe manji, a za takve proizvode potrebno je i manje ambalaže.

U domovima budućnosti plastika će igrati sve veću ulogu. Materijali koje su napravili ljudi okružuju nas u svim oblastima naših

života. Proizvođači nameštaja takođe vole ovaj materijal jer zahvaljujući tehnologiji danas pruža mnogo više mogućnosti. kompanija BASF napravila je „ultra“ tečnu plastiku koja, zbog specifičnih nanočestica, postaje dvaput razređenija na 230 stepeni od drugih sličnih proizvoda. Štaviše, pri oblikovanju, nova plastika brzo očvrsne, te je tako i proces proizvodnje kraći. Nagrađena stolica MYtO napravljena je od ovog materijala, a još je i oblikovana iz samo jednog komada plastike, što znači da ne sadrži metalne šrafove. Stoga su dizajneri napravili zaista ekološki i jak komad nameštaja neobičnog oblika koji se lako reciklira.

Recikliranje papira očigledno je širom sveta, setite se samo činjenice da je za proizvodnju

papira

1 tone 300 tonapotrebno

vode!

27

SAMOOBNOVljiVi MAterijAli

lagani, kruti materijal pod nazivom titan stvara se iz kondenzacije paraformaldehida i oksidianilina na 250 stepeni.Druga vrsta, Hidro, visoko je elastičan gel koji se proizvodi na niskim temperaturama. Oba se mogu reciklirati i otporna su na rastvarače, ali u kiselom medijumu postaju plastični i mogu se ponovo praviti. Oni ne pucaju, te stoga mogu dovesti do revolucije u proizvodnji aviona i automobila, kao i celoj elektronskoj industriji. Preradom ovih materijala mogu se stvoriti nove polimerske strukture koje su 50% jače ali i lakše.

Naučnici su stvorili dve nove vrste polimera u oblasti sintetičkih polimera. Oni su super jaki, imaju samoobnovljiva svojstva, a čak se mogu i reciklirati.

28

Ne trAćite SMeće!

Pomoću inovativnih incijativa za urbanistički razvoj, naučnici pokušavaju da urade sve da bi stvorili održiviji svet, ali njihov trud je uzaludan ukoliko čovečanstvo ne promeni stil života. ljudi, posebno stanovnici velikih gradova, imaju rasipnički stil života: koriste previše energije i vode, proizvode mnogo bespotrebnih proizvoda što dovodi do prevelike ponude, a na taj način se takođe stvara i dosta otpada. Srećom, ima nade, jer „nusproizvodi“, zapravo otpad koji proizvodimo, može se reciklirati na iznenađujuće načine, samo je potrebno da budemo odlučni i kreativni. Visokotehnološka dešavanja postoje i u oblasti upravljanja otpadom i centralnih postrojenja za preradu otpada, a modernizacija alata koji se koriste za prevoz i obradu već je počela.

evropskoj uniji godišnje se proizvede 1,3 milijarde tona otpada. imajući to u vidu, izuzetno je važno da se razviju i uvedu nove

i inovativne tehnologije da bi se proizvodilo manje otpada kao i da bi se recikliralo, što znači da se ovi materijali pretvaraju u nove proizvode ili sirovine, ili opet u energiju. Proces ima za cilj da sačuva resurse planete i da upotrebi manje drveta, vode i energije. Da bi se to postiglo, izrađena je strategija upravljanja otpadom koja povezuje 3 glavna principa. Da vidimo šta to znači! Prvi zadatak je smanjiti količinu otpada i, ako je moguće, izbeći stvaranje novog. Sledeći je ponovno korišćenje materijala u originalnom obliku ili na izmenjen način. treći je recikliranje, što znači da se materijal ponovo koristi u drugačijem obliku. Sve su to korisne i zelene mogućnosti, i ukoliko se ljudi usredsrede na njih, možemo napraviti veliki korak ka sprečavanju problema. i vi svakodnevno možete doprinositi tome! Sortiranje otpada već preovladava u domaćinstvima, ali nažalost, ne shvataju svi taj posao ozbiljno.

U Evropskoj uniji

GODIŠNJE se proizvede

tona otpada

1.3 milijarde

Da li znate?Sabijanjem PET boca:troškovi slanja smanjuju se za 75%;količina ispuštenog CO2 smanjuje se 50-90%; mogu se smanjiti zbog manje potrebe za prevozom. Deo njih se ponovo koristi u tekstilnoj industriji kao sirovine za odeću (na primer kao filc).

•

Sortiranje otpada mnogo je efikasnije od tradicionalnog prikupljanja otpada, jer dalja prerada, recikliranje i ponovna upotreba sirovina napravljenih od otpada postaju mogući.

29

time se takođe smanjuje količina otpada koji odlazi na deponije, te se na taj način i produžava vek trajanja deponija. Sledeći materijali se sortiraju: plastika, staklo, metali papir. Moramo imati na umu da iskorišćeni elektonski uređaji mogu sadržati štetne materije (olovo, živu, hrom) koje mogu zagaditi vodu ili vazduh i mogu dovesti do daljih problema. ekološko upravljanje otpadom takođe uključuje kompostiranje, odlaganje i manje popularnu metodu, a to je spaljivanje otpada.

Organski otpad sam se razlaže u životnoj sredini, ali ga možemo koristiti i kao kompost. Da bi olakšala ovaj proces, kompanija BASF napravila je kesu za đubre koja se i sama kompostira. Ali kako se plastična kesa razlaže? rešenje je u jedinjenjima materijala.jedna od komponenti je delimično razgradiva plastika na bazi nafte koju je napravila kompanija BASF, druga

je polimlečna kiselina koja se ekstrahuje iz kukuruznog skroba. Ovom kombinacijom stvara se toliko fleksibilna plastika da se od nje mogu praviti kese za đubre. U kontrolisanim uslovima poput povećane temperature i vlažnosti kao i određene kisele vrednosti industrijskih kompostnih biljaka, mikroorganizmi, gljivice i bakterije pretvaraju materijal u biootpad, vodu, ugljen-dioksid i biomasu, tj. u dragoceni kompost.ta plastika ne samo da služi kao kompost već je dobra i za proizvodnju biogasa. Biogas se stvara kada se organske materije razlažu pomoću anaerobnih bakterija kojima nije potreban vazduh za metabolizam i reprodukciju. Gasna mešavina koja se na ovaj način proizvodi sadrži oko 45–70% metana, koji se može iskoristiti zbog visokog sadržaja energije. Stoga se na mnogim stočnim farmama postavljaju bioreaktori za proizvodnju energije sa farme, u duhu samoodrživosti.

reŠeNje je U jeDiNjeNjiMA MAterijAlA

30

kUćA OD SMećA

Mađarski pronalazak je plastična ploča napravljena od otpada. Zove se SYLROCK, i to je homogeni materijal otporan na kiselinu, alkale i vodu, a vreme njegove razgradnje

je 400 godina što znači da je veoma izdržljiv. Za njegovu proizvodnju koristi se ne samo otpad iz domaćinstava već i industrijski otpad. Mogućnosti njegove primene su beskrajne, može se, na primer, koristiti za baštenski nameštaj ili ulične klupe.

Za proizvodnju jedne table potrebno je 340kg smeća, što je mnogo, ali na sreću, ili zapravo na nesreću, svuda oko nas ima mnogo otpada: samo u Evropskoj uniji

1 milion kilotona otpada čeka na obradu.

HeMijA PlAStike

Sa hemijskog aspekta, plastični materijali predstavljaju izuzetno raznovrsnu grupu sa makromolekularnom strukturom kao zajedničkim svojstvom. Makromolekuli su jedinjenja sa velikom molekularnom težinom koja se sastoje od jedne ili nekoliko gradivnih jedinica. Mogu postojati i hiljade ovih jedinica koje su povezane zajedno. Naravno, molekuli plastike nikada nisu iste veličine, ali postoji prosečna molekularna težina koja se koristi za opisivanje molekula. Molekuli su uglavnom veoma blizu ove molekularne težine.

Termoplastika

Termoset

PREMA MOGUćNOSTI OBRADE:

1.

2.

Linearna

Razgranata

Povezana

PREMA OBLIKU MOžE BITI:

1.

2.

3.PLASTIKA SE PREMA POREKLU DELI U GRUPE:

1.

2.

Pretvorena iz prirodnih makromolekula (biljnih–celuloza, skrob; životinjskih–protein)

Veštačka (polikondenzacijaili lanci polimera)

31

U POSleDNjiH 15 GODiNA, UPOtreBA BiOPOliMerA POVećAVA Se ViŠe OD 10% GODiŠNjeSvojstva osnovne plastike mogu se menjati putem nekoliko aditiva, kao što su plastifikatori, katalizatori, inhibitori korozije, usporivači plamena, fileri/gradivni elementi, lubrikanti, inhibitori starenja itd. U današnje vreme, biorazgradivi polimeri, skraćeno biopolimeri, postaju sve značajniji, a od njih su najpoznatije sirovine skrob i (poli)mlečna kiselina. U poslednjih 15 godina, upotreba biopolimera povećava se više od 10% godišnje. Polimlečna kiselina je perspektivna sirovina koja ima široku upotrebu. Pod odgovarajućim uslovima, ona se relativno brzo raspada (hidrolizuje) na jedinice mlečne kiseline, a krajnji proizvodi prirodne razgradnje jesu voda i ugljen-dioksid.

Plastični aditivi i pigmenti

32

rastućem ljudskom stanovništvu potrebno je i sve više energije, a to predstavlja izazov za naučnike. Nauka je razvila mnoge metode za inovativno korišćenje energije kao i za efikasniju eksploataciju obnovljivih vrsta energije.

Pročitajte više o revoluciji u osvetljenju, izvorima svetla kojima je potrebno sve manje i manje struje, skoro nebrojenim mogućnostima alternativnih energija, kao i o ekološkim metodama za uštedu energije u oblasti transporta.

33

PAMetNA eNerGijA

34

Hajde da preispitamo izvore energijeNauka može pružiti veliku pomoć u inovativnom korišćenju energije. jedan od primarnih ciljeva naučnika jeste da stvore alternativne metode korišćenja već postojećih izvora energije na način koji je efikasniji i povoljniji za životnu sredinu u budućnosti kako bi se osigurao održivi razvoj zemlje.

ODAkle DOlAzi eNerGijA i GDe ONA ODlAzi?

Hiljadama godina su ljudi mogli da se oslanjaju samo na sebe. Onda su počeli da koriste mašine koje su pokretale životinje dok danas skoro da i nema uređaja koji funkcioniše bez modernog goriva. kuhinjski aparati, televizori, kompjuteri i osvetljenje koriste struju, a i našim vozilima potrebna su sintetička goriva koja se proizvode na nivou industrije. jedini problem sa time je što ljudski rod koristi fosilna goriva za njihovu proizvodnju: energiju dobijamo od sagorevanja iskopanog uglja i nafte. zbog rasta stanovništva i sve većeg broja modernih gradova, značajno je porasla i potrošnja energije: domovima je potrebno grejanje i hlađenje, javnim

zgradama i industrijskim postrojenjima potrebno je sve više i više energije, mora se obezbediti javni prevoz, i na kraju, što nije i najmanje važno, javna rasveta, koja troši polovinu energije potrebne jednom gradu, takođe je neophodna.

zbog povećane upotrebe energije, energetske rezerve na zemlji polako se smanjuju i uskoro bismo mogli da ostanemo bez fosilnih goriva, koja se ne obnavljaju tako lako, jer su potrebne hiljade godina za raspadanje biljaka i životinja duboko u zemlji da bi se transformisale u materije bogate energijom kao što su nafta i ugalj. Ne treba zaboraviti ni činjenicu da je

preterana potrošnja energije ozbiljan faktor zagađenja: dim iz fabrika i izduvni gasovi automobila sadrže velike količine ugljen-dioksida i mnoge druge zagađivače kao i gasove staklene bašte koji se otpuštaju u atmosferu, a to ima ozbiljan uticaj na budućnost naše planete.

Naučnici su ovo shvatili još pre nekoliko decenija i zato skreću pažnju javnosti na potrošnju kojom se štedi energija. Sačinili su i inovativne i vizionarske energetske koncepte za budućnost. Ciljevi su da se nađu načini da se postojeći izvori energije koriste na efikasniji način, kao i da se poboljša održivost alternativnih izvora struje.

vElikA količinA

fosilnih goriva koju smo sagoreli tokom

prošlog veka

35

NAŠA jeDiNA PerSPektiVA: kOriŠćeNje OBNOVljiViH izVOrA eNerGije eNerGijA VetrA

takozvana obnovljiva energija koja se stvara tokom prirodnih pojava koristi se već vekovima u manjem obimu: energiju vetra i vode koriste mlinovi, dok se solarna i geotermalna energija koriste za zagrevanje vode. Vreme je da ova rešenja ponovo uvedemo u praksu jer imaju veliki potencijal i nauka nam može pomoći da ih bolje eksploatišemo, te da struju stvaramo na način koji manje šteti okolini.

jedna od obnovljivih vrsta energije jeste energija vetra, a ona je ponovo počela da se primenjuje tokom poslednjih decenija, te se putem modernih tehnologija gradi sve više i više vetroparkova da bi se iskoristio ogroman potencijal vetra. Godine 2013. kapacitet energije vetra bio je 318GW, što je skoro deset puta više od onoga pre deset godina.

energija vetra hvata se i obrađuje u vetroparkovima, u kojima se mnoge vetroelektrane nalaze jedna pored druge. One funkcionišu na veoma jednostavan način: lopatice za vetar, koje hvataju vetar, povezane su sa turbinama koje proizvode struju. čista energija može se obezbediti ne samo za stambene zgrade, već i za čitave gradove. Proizvodnja struje pomoću vetra u rumuniji najviša je u Centralnoj i istočnoj evropi. U toj zemlji kapacitet energije vetra povećava se 1,5 puta godišnje, te su 2013. godine njene vetroelektrane već proizvodile 2599MW struje.

činjenice i brojke

9% – Očekuje se da 2020. energija vetra obezbedi više od 9% globalnog napajanja strujom. trenutna brojka je oko 2,3%.50% – Danska je već svetski lider u oblasti energije vetra, skoro jednu trećinu njene struje proizvode vetroturbine. Ova razmera uskoro će porasti na 50%.

36

iNOVAtiVNi MAterijAli SekOriSte zA VetrOtUrBiNe

PrikUPljANje eNerGije VetrA izNAD OBlAkA

Materijali i izdržljivost lopatica za vetar u velikoj meri utiču na efikasnost vetroturbina jer vetrenjače visoke 90 metara mogu biti izložene brzini vetra od 300km/h.Upravo zato su inženjeri kompanije BASF, nemačke hemijske industrije, stvorili visokotehnološki premaz koji je fleksibilan, otporan i odbija UV sunčeve zrake. zaštitni premaz relest®ostaje stabilan čak i pod najekstremnijim vremenskim uslovima i ne ljušti se sa lopatica, na taj način produžava vek trajanja lopatica za vetar, a rezultat toga je jeftinija proizvodnja ekoloških vrsta energije. Osim toga, čitav niz inovativnih materijala kompanije BASF koristi se za vetroturbine, poput dvokomponentnog sistema koji se sastoji od epoksidne smole i učvršćivača za proizvodnju rotorskih lopatica, kao i specijalnih materijala za ojačanje kula i temelja. Ova poboljšanja omogućavaju izdgradnju ogromnih turbina: trenutni rekorder je vetroturbina od 127 metara u prečniku, koja ima lopatice za vetar dugačke 60 metara.

industrija koja se bavi energijom vetra razvija se velikom brzinom: već se razrađuju ideje da se iskoristi snaga vetra iznad oblaka. U budućnosti će zmajevi, lagane letelice i baloni moći da se koriste za proizvodnju struje. inovacija Wind turbine Airborne jedna je od takvih elektrana budućnosti.to

je oko 3 m visoka cilindrična turbina napunjena helijumom, sa propelerom na sredini. Uređaj koji radi na helijum može da poleti na visinu od 300 metara, na kojoj vetrovi jače duvaju, te se više energije može stvoriti. Struja koju propeler proizvodi sprovodi se do agregata na tlu putem kabla.

90 M

etA

rA

BrziNi VetrA OD300kM/H

37

SOlArNA eNerGijADruga vrsta čiste energije je solarna energija koja se koristi putem specijalne opreme. jedna vrsta su solarni paneli koji pretvaraju solarnu energiju u toplotu, a druga su solarne ćelije koje proizvode struju od sunčeve energije. U današnje vreme nismo iznenađeni kada vidimo takva čudesa od stakla na krovovima kuća jer je njihovo postavljanje postalo ekonomičnije i lako se mogu povezati sa sistemom za snabdevanje električnom energijom samih kuća. Upotreba solarnih panela u našim domovima veoma je povoljna: ne samo zato što štedimo novac na računima za struju, već i što pomoću njih možemo zaraditi. Višak energije, koju ljudi proizvode ali ne koriste, mogu da kupuju snabdevači električnom energijom. Upotreba solarne energije je na industrijskom nivou čak i delotvornija. Stoga se u zemljama u kojima ima puno sunca prave veliki solarni parkovi u kojima se može postaviti čak i 120.000 solarnih ćelija koje mogu proizvesti 2.000MW energije godišnje.

Ova količina dovoljna je za snabdevanje 700 hiljada domova strujom.

Ali kako se električna energija tačno dobija od sunčeve svetlosti? Solarna ćelija, ili fotonaponska ćelija, električni je uređaj koji direktno pretvara energiju svetla u električnu energiju putem fotonaponskog efekta. za proces pretvaranja prvoje neophodna materija koja upija solarnu energiju (foton), onda podiže elektron u stanje veće energije, a onda omogućava protok tog visoko energetskog elektrona do eksternog kola. Solarne ćelije sadrže dve vrste materijala: p-tip i n-tip poluprovodnike. Pojedine talasne dužine svetlosti mogu probuditi elektrone u poluprovodnicima, što dovodi do toga da elektroni stižu do n-pojasa ostavljajući za sobom „rupe”, nosioce pozitivnog naelektrisanja u „p-pojasu“. Međutim, dva suprotno naelektrisana sloja se privlače, oni su samo u mogućnosti da se rekombinuju preko eksternog kola, zbog potencijalne barijere između njih.

Fotonaponska tehnologija nije ni toliko efikasna ni toliko ekonomična da bi mogla da se takmiči sa ostalim izvorima energije. Stoga je zadatak nauke da razradi rešenja koja će pomoći solarnoj energiji da se takmiči sa konvencionalnim izvorima energije. Pošto efikasnost solarnih ćelija u velikoj meri zavisi od kvaliteta materijala koji se u procesu koriste, BASF hemijska industrija razvija rešenja koja će podstaći proizvodnju energije poput silicijumskih pločica i tehnologije tankog filma, kao i proizvode za solarnu energiju poput panela i ćelija. Oni, recimo, proizvode hemijske aditive koji omogućavaju precizniju i jeftiniju proizvodnju silicijumskih poločica, a razradili su i jedinstvene UV stabilne plastične materijale koji mogu zameniti aluminijumske okvire solarnih panela, te tako solarne ćelije mogu bolje izdržati vremenske prilike. Osim toga, različiti specijalni prianjajući i izolacioni materijali nemačke kompanije obezbeđuju izdržljivost solarnih ćelija.

38

Da li znate?Na Suncu postoji neverovatna količina energije. Kada bismo bili u mogućnosti da u potpunosti iskoristimo tu energiju, ukupna godišnja potrošnja energije na celom svetu bila bi kompletno pokrivena energijom koju proizvodi Sunce u roku od jednog sata.

•

činjenice i brojke

1.248gigavatsati– Godine 2013. na svetu je ova količina električne energije proizvedena u solarnim elektranama.

Postoje i solarni parkovi u kojima se solarna energija usmerava pokretnim ogledalima nazvanim heliostati, uz pomoć kojih se direktno proizvodi toplota. takvi parkovi nazivaju se solarni termalni parkovi. Najveći solarni termalni park na svetu, na površini od 1500 ari, nalazi se u pustinji Mohave na granici kalifornije i Nevade. kapacitet 300.000 ogledala je 392MW, što je dovoljno za snabdevanje 140.000 domaćinstava. Najveći solarni termalni park u evropi je PlantaSolar10 i nalazi se u Sevilji u Španiji.

SUNCe U DiMNjAkU

Solarna vetrenjača, poznata i kao solarni dimnjak, nova je alternativa u oblasti obnovljivih izvora energije. Pronalazak se zasniva na hiljadu godina staroj činjenici da topao vazduh ide gore. evo kako funkcioniše: vazduh se zagreva putem solarne energije koja omogućava vertikalni protok vazduha unutar vetrenjače, koji dalje pokreće vetroturbine i tako se proizvodi energija. trenutno kina ima takvu kulu, ali mnoge druge zemlje planiraju da postave slične kule, recimo u australijskoj pustinji u kojoj je vazduh pri tlu veoma topao. Prema planovima, ta kula biće jedna od najviših građevina na svetu jer će njena visina biti između 750 i 1.000 metara.

39

Da li znate?Nepresušna snaga vode može se koristiti i za proizvodnju energije od reka sa sporim tokom. Ova metoda poprilično je zaboravljena, pa ipak ona je već korišćena 1200-ih u elektranama koje je pokretala plima. Poenta je u tome da male vodene turbine koriste energiju kretanja vode između plime i oseke. Ovo ekološko rešenje manje se koristi od 1800. godine na ovamo, od perioda industrijalizacije, jer ovakve elektrane nisu bile efikasne kao nafta i ugalj.

•

činjenice i brojke

20% godišnje svetske energije potiče od hidroenergije.

HiDrOeNerGijA

Hidroenergija se razlikuje od drugih oblika obnovljivih izvora energije jer je stalno dostupna; vetar ne duva uvek, a sunce možemo očekivati samo danju, ali voda se nikada ne zaustavlja i stoga predstavlja mnogo stabilniji izvor energije. Nije slučajno da je ova zelena energija i najrasprostranjenija: skoro 20% struje na svetu proizvodi se putem snage vode, a to je oko 2.030tWh. Ovo je sto puta više od kapaciteta

vetroparkova koji trenutno funkcionišu. Procenjuje se da je kapacitet ukupne hidroenergije koja na svetu postoji desetostruki, tako da još postoje neistražene oblasti. zbog brzih planinskih reka, hidroenergija se najviše koristi u Norveškoj, Švajcarskoj, italiji, Švedskoj i Finskoj. Upravo zato je Norveška na prvom mestu u svetu po korišćenju obnovljivih vrsta energije.

Hidroenergija se eksploatiše u hidroelektranama, u kojima obično brana blokira rečni tok, a energija reke pretvara se u električnu energiju pomoću vodenih turbina i električnih generatora. Osim toga, postoje i elektrane na talase koje koriste energiju kontinuiranog talasanja mora. iako se ova oblast i dalje slabo koristi, prema stručnjacima za energiju,15% električne energije na svetu moglo bi se proizvoditi od talasa u morima i

okeanima, što je ogromna količina, upravo dva puta više od onoga što sada proizvode nuklearne elektrane širom sveta.

Sve ovo pokazuje da je zadatak i sadašnjih i budućih inženjera da ponovo otkriju ove tehnologije koje nam je priroda dala i da postave efikasnije pogone za zelenu energiju koristeći moderne materijale i napredne kompjuterske sisteme.

40

eNerGijA je SVUDA OkO NAS, SAMO je POtreBNO DA zNAMO kAkO DA je iSkOriStiMO

eNerGijA iz OtPADABiogas je sve važniji faktor u proizvodnji energije. Može se proizvesti iz sirovina koje postoje u svakom regionu, poput recikliranog otpada. to je takođe i izvor obnovljive energije i u mnogim slučajevima stvara veoma mali karbonski otisak. Biogas se proizvodi anaerobnom

digestijom sa anaerobnim bakterijama ili fermentacijom biorazgradivih materija poput stajskog đubriva, kanalizacionog otpada, opštinskog otpada, zelenog otpada, sadnog materijala i useva. Gasovi metan, vodonik i ugljen-monoksid (CO) mogu sagorevati ili

oskidisati pomoću kiseonika. energija koju optuštaju omogućava da se biogas koristi kao gorivo, te se može koristiti za bilo kakvu vrstu zagrevanja, poput kuvanja. Može se koristiti i u gasnim motorima za pretvaranje energije iz gasa u elekričnu struju i toplotu.

Pored sve raznovrsnijeg korišćenja obnovljivih izvora energije, kreativni naučnici mogu da proizvedu energiju na prilično neverovatne načine. recimo, za upotrebu kinetičke ili mehaničke energije potrebno je samo malo mašte i inovativnih naučnih rešenja. U asfalt ili

pločnike nekoliko gradova postavljeni su senzori koji koriste energiju koraka prolaznika. Najuspešnija inicijativa predstavljena je na Olimpijskim igrama u londonu. Od tada, slični trotoari koji prave energiju postoje i u izraelu, u tuluzu u Francuskoj i u tokiju. Štaviše,

jedan kreativni vlasnik diskoteke predstavio je prvi održivi plesni podijum na svetu i to u Holandiji, a taj podijum prikuplja kinetičku energiju od pokreta plesača i proizvodi struju putem generatora.

?

41

kiNetički FUDBAlSki tereN

Ne rASiPAjte!

Nedavno je u Brazilu otvoren prvi kinetički teren za fudbal. ispod travnjaka je smešteno oko 200 pločica koje prihvataju energiju i koriste kretanje igrača za proizvodnju električne energije. Solarni paneli takođe su postavljeni na terenu. Osamdeset odsto energije koja se na terenu koristi tokom dana proizvode solarni paneli, dok kinetičke pločice obezbeđuju 100% energije tokom noći.

Naučnici koji se bave budućnošću slažu se da preteća energetska kriza može biti samo delimično rešena upotrebom obnovljivih vrsta energije i pametnim rešenjima koja su pomenuta u prethodnom delu teksta: štednja energije i smanjenje svetskih potreba za energijom takođe su podjednako važni. Prema proračunima, ukoliko nastavimo sa rasipanjem, potrebe ljudi za energijom dupliraće se do 2030. godine, što znači da će se duplirati i emisija ugljen-dioksida. ipak, ukoliko počnemo da štedimo energiju, potražnja za energijom porašće za samo 16%.

Stanovnici gradova imaju veliku odgovornost da štede energiju jer se najveći deo energije koristi u velikim gradovima. industrijsko okruženje takođe se mora promeniti, jer razne vrste industrijskih pogona koriste mnogo više energije nego domaćinstva. Njihov najvažniji zadatak je da razviju sopstvene tehnologije i optimizuju procese radi smanjenja njihovih potreba za energijom. Ovaj proces već je počeo jer je u određenom broju industrijskih postrojenja obavljena modernizacija radi uštede energije.

16%

UKOLIKO POčNEMO DA ŠTEDIMO ENERGIJU

potražnja za energijom porašće za

samo

činjenice i brojke

53% – ovo je dodatna količina energije koja će ljudima biti potrebna 2030. godine ukoliko ne štedimo energiju. 16% – ovo je dodatna količina energije koja će ljudima biti potrebna 2030. godine ukoliko štedimo energiju.

sAvEtiza uštedu energije:!

• Isključitegrejanje:Smanjenjetemperatureuvašemdomu od samo 1,8°F (1°C) smanjuje troškove za energiju do 6%.• ZameniteobičnesijaliceekološkimLEDosvetljenjemu vašem domu. Ono troši 90% manje energije i traje godinama!• Kadazagrevatevodu,razmislitekolikovamjetačno potrebno i zagrejte samo onoliko koliko ćete iskoristiti jer na taj način ne samo da štedite energiju već i vodu.• Zaboravitenarežimmirovanja(stand-by)!Mašineurežimu mirovanja takođe okreću strujomer, pa je bolje da uvek isključite električni uređaj iz struje nakon korišćenja.• Modernizujteizolacijuvašegdoma!Udomaćinstvimase najviše energije rasipa putem gubitka toplote, te je veoma važno da svi prozori i vrata budu dobro izolovani.

42

43

HeMijASOlArNe ćelije

Solarna ćelija sastoji se od dve vrste materijala, koji se često nazivaju poluprovodnici p-tipa i n-tipa. Svetlost određene talasne dužine takođe može da jonizuje atome poluprovodnika, te upadni fotoni stvaraju nosioce viška naboja. Većina nosilaca pozitivnog naboja (šupljina)postoji u p-sloju dok nosioci negativnog naboja (elektroni) postoje u n-sloju. iako se nosioci dva suprotna naboja privlače, oni se mogu rekombinovati protokom kroz spoljašnje kolo zbog potencijalnih stepenica između njih.

44

izvori svetlosti u budućnostiinovacije utiču i na oblast osvetljenja. tungsten i halogene sijalice polako se menjaju leD i OleD sijalicama koje štede energiju. Naučnici rade na tome da obezbede unutrašnje prirodno svetlo čak i u zatvorenim prostorijama, a da se u lampe budućnosti ne moraju stavljati sijalice.

i Bi SVetlOSt

Očigledno je da je pronalazak tomasa Alve edisona iz 19.veka, električna (inkadescentna) sijalica sasvim promenio svet. U prošlosti su se aktivnosti odvijale danju po dnevnoj svetlosti: ljudi su odlazili na počinak rano uveče i budili se u zoru. Savremeni ljudi koriste svetlo umesto da mu se prilagode jer nam je svetlost potrebna i kasno uveče. zapravo, osvetljenje nam je potrebno i danju jer više ne provodimo većinu vremena napolju već unutra, gde obično nema prirodnog svetla.

jedini problem je što je za osvetljavanje potrebno 19% ukupne svetske proizvodnje električne energije. ljudima je potrebno sve više i više svetla za razvoj tehnologije i promene u stilu života, te je zato energetski efikasno osvetljenje tako važno. Smanjujući energiju koja se koristi za osvetljenje možemo ozbiljno smanjiti i emisiju štetnog ugljen-dioksida. Stoga inženjeri i naučnici rade na novim, do sada neviđenim rešenjima za osvetljenje uz pomoć nauke.

Da li znate?Zimsko i letnje računanje vremena uvedeno je radi uštede energije koja se koristi za osvetljavanje. Ovim postupkom štedi se energija koja bi se dobila iz oko 300.000 tona sirove nafte.

•

45

Pre nego pregledamo inovativna naučna rešenja za osvetljenje, hajde da razmotrimo izvore svetlosti koji postoje na zemlji.

teOrijA SVetlOSti

izVOri SVetlOSti ili UređAji kOji Se kOriSte zA PrOizVODNjU ViDljiVe SVetlOSti MOGU Se PODeliti U DVe GrUPe.

Primarni izvori svetlosti sami emituju svetlo.

Sekundarni izvori samo reflektuju ili rasipaju svetlo drugih izvora svetlosti.

PriMArNi izVOri tAkOđe Se Dele i PreMA PriNCiPU FUNkCiONiSANjA i tO NA:

prirodno: nebeska tela koja emituju svetlost, munje, severna svetla, bioluminescencija emitovanje svetla od strane živog organizma

sagorevanje: baklja, sveća, plinska lampa, vatra, magma

1.

1.

2.

2. 5.

3.

4.

električno: električna sijalica tungsten i halogene sijalice elektroluminescencija leD svetiljka sa otpuštanjem gasa pod niskim pritiskom (kompaktna) fluorescentna sijalica, indukcionasijalica svetiljka sa otpuštanjem gasa pod visokim pritiskom sijalica sa živom, sijalica sa ksenonomhemijsko: hemiluminiscencija ova pojava prati hemijske reakcije u kojima je proizvod stvoren u pobuđenom stanju, a po završetku takvog stanja stvara se kvantum svetlosti

sekundarni izvori: toplotna radijacija, laser

46

SVetlOSNA reVOlUCijA

U poređenju sa drugim oblastima nauke, iznenađujuće je koliko je bio spor razvoj osvetljenja. Morali smo da čekamo više od 100 godina na prvu energetski efikasnu sijalicu: verovali ili ne, sijalice koje funkcionišu po istom principu koji je edison izmislio u 19. veku koriste se čak i danas na mnogim mestima.

Ali zašto je razvoj bio neophodan? Sijalica sa užarenom niti (električna) nije efikasna, jer se 90% energije gubi kao toplota, a samo 10% se koristi za proizvodnju svetlosti. Ovo je veliko rasipanje ako uzmemo u obzir da su naši energetski resursi ograničeni (ako želite da saznate više o ovoj temi, pročitajte

naš članak „energija“). rasipanje se mora zaustaviti što je pre moguće, te je evropska komisija usvojila zelenu knjigu i pokrenula konsultacije o osvetljenju koje je ekološko i štedi energiju. Cilj je da se do 2020. smanji potrošnja energije povezana sa osvetljenjem za 20% u zemljama evrope. Distribucija klasičnih električnih sijalica postepeno će se smanjivati dok sasvim ne prestane u okviru evropske unije u narednih pet godina, te je sijalice u domaćinstvima, kancelarijama i javnim prostorima potrebno zameniti energetski efikasnim izvorima svetlosti. tokom poslednje decenije, štedljive halogene sijalice, u koje se stavlja halogen (jod ili brom)

takođe se sve češće koriste. takvo sijalično vlakno ima višu temperaturu od sijaličnog vlakna tungsten sijalice, pa je stoga sijalica napravljena od tvrdog stakla ili kvarca. ekonomične fluorescentne sijalice takođe su prilično popularne, a u njima se vidljiva svetlost stvara otpuštanjem gasne mešavine žive i argona između sijaličnih vlakana, što dovodi do UV zračenja kojim se fosfor u fluorescentnoj sijalici dovodi u pobuđeno stanje te isijava vidljivu svetlost. Najperspektivnija alternativa je leD (dioda koja emituje svetlost) ili njena organska verzija OleD (organska dioda koja emituje svetlost), koja je poznata i kao izvor svetlosti u čvrstom stanju (SSl).

Sijalica sa užarenom niti (električna) Nije eFikASNA, jer se 90% energije gubi kao toplota, a samo 10% Se kOriSti za proizvodnju svetlosti.

Da li znate?Verovali ili ne, sijalice koje funkcionišu po istom principu koji je Edisonizmislio u 19. veku koriste se čak i danas na mnogim mestima.

•

47

leD i OleD

Sve češća primena leD svetiljki i OleD tehnologije je neosporna, one imaju nekoliko prednosti u odnosu na klasične električne sijalice. Prvo, energetski su efikasnije, adrugo, njihov vek trajanja može biti 40–60 godina. U leD izvorima svetlosti, svetlost stvara dioda povezana na električnu struju koja pobuđuje elektrone atoma u sastavu diode, podstičući ih da prelaze na više energetske nivoe (orbita elektrona); a kada se vrate na svoj

originalni energetski nivo oni emituju fotone, zapravo svetlost.

razlika između leD i OleD sijalica je u slovu „o”, koje znači „organska”. Dok leD sijalice koriste sićušne kristale od, na primer, galijum-nitrida, OleD sijalice napravljene su od organskih jedinjenja sličnih pigmentu koja se obično koriste za oblaganje osnovnog materijala putem taloženja. Organske diode koje emituju svetlost (OleD)

stvaraju svet u kome su moguće svetleće tapete i prozorska stakla koji se noću pretvaraju u izvor svetlosti. Stručnjaci su uvereni da će u narednih nekoliko godina ove perspektivne štediše energije dovesti do revolucije u oblasti osvetljenja. Očekivanja od OleD sijalica su velika. Od njih se očekuje da postanu efikasnije od svih postojećih izvora svetlosti i da jednog dana budu u stanju da pretvore skoro 100% svog energetskog snabdevanja u svetlost.

razlika između leD i OleD sijalica je u slovu „o”, koje znači „organska”.

48

PAMetNi izVOr SVetlOSti

liFX pametni izvor svetlosti osvojio je zlatnu medalju na dodeli edisonovih nagrada za osvetljenje 2014. U pitanju je štedljiva leD sijalica sa promenljivom bojom koja ima WiFi, pa se zato može kontrolisati pomoću pametnog telefona preko besplatne aplikacije. to korisnicima omogućava neverovatno iskustvo: 16 miliona boja, osvetljenje i efekti koji se mogu programirati, ali se rasveta može uskladiti čak i sa našom omiljenom muzikom. Svetlosni fluks od maksimalno 1000 lumena može se koristiti do 25 godina.

SVetlOSNi FlUkS OD MAkSiMAlNO 1000 lUMeNA MOŽe Se kOriStiti DO 25 GODiNA.

49

NOVi NAčiNi zA OSVetljAVANje

izvanredna prednost OleD tehnologije može se delotvorno i kreativno primeniti u potrošačkoj elektronici od strane programera. zamislite savitljiv tV koji se može urolati! Primena je moguća, OleD ekran je ugrađen u tanki plastični sloj. Mogućnosti su skoro neograničene. Naučnici i programeri kompanije

BASF već su napravili izvor svetlosti koji je tanak i postavlja se na krov automobila pa funkcioniše kao solarni panel, a inače funkcioniše i kao izvor svetlosti, i ukoliko se isključi, potpuno je providan. takav automobil sa „staklenim krovom“ prikuplja energiju tokom dana, a uveče osvetljava unutrašnjost vozila.

50

kAkO FUNkCiONiŠe OleD?

OleD sijalica je napravljena kao sendvič, sa punjenjem od izuzetno tankih slojeva organskih materija. ti slojevi postavljaju se između pozitivno naelektrisane anode i negativno naelektrisane katode. kada se električna struja propusti kroz

njih, elektroni i pozitivna naelektrisanja idu ka sredini sendviča i sjedinjuju se. time izazivaju sijanje ugrađenih molekula. Pošto su organski slojevi veoma osetljivi na vodu i kiseonik, moraju biti inkapsulirani radi njihove zaštite.

leD svetlo može se efikasno koristiti i u drugim oblastima, recimo kada je u pitanju gajenje biljaka u zatvorenom prostoru, ono može savršeno imitirati sunce. Na oglednoj stanici udruženja Američke zelene farme zelena salata, kelj, bosiljak i vlasac uzgajaju se u prostorijama sa klimatizacijom i veštačkim leD osvetljenjem. Oni rastu 22 sata dnevno, 365 dana godišnje, izrastajući u biljke od oko 7,6 metara netaknute štetočinama i okupane čudnim ružičastim svetlom. takvo svetlo, naravno, nije isto kakvo uobičajene leD sijalice zrače već ima talasnu dužinu zraka koja je neophodna za rast biljaka. Ovo rešenje posebno je dobro za male vrste sa listovima, ali će nauka verovatno razviti veštačko i blagotvorno svetlo i za žitarice koje se proizvode u velikim količinama, poput kukuruza i pšenice.

zelen

a sa

lata,

kelj,

bosil

jak i v

lasac

rastu

22 S

AtA

DNeVNO

u bil

jke o

d ok

o

7,6

Met

ArA

365

DANA

GODiŠNje

51

činjenice i brojke

Uz klasične električne sijalice, halogene sijalice i štedljive sijalice, veliki deo energije pretvara se u toplotu umesto u svetlo – površina električne sijalice od 100 vati, recimo, dostiže temperaturu od više od 200°C (392°F) kada je upaljena. Nasuprot tome, olEd sijalice na kojima se radi u Drezdenu ostaju na oko 30°C (86°F), tako da su uvek bezbedno hladnije od temperature tela.

OleD trAje 5–10 PUtA DUŽe OD klASičNe iNkADeSCeNtNe SijAliCe.

BrOj SAti kOji leD MOŽe DA trAje.

BrOj SAti kOji OleD treNUtNO MOŽe DA trAje.

5-10

40.000

10.000

52

Automatizacija je naravno zahvatila i oblast osvetljenja. U pametnom domu, koji je opremljen inteligentnim sistemom konrole, ne samo da možemo da palimo i gasimo svetlo, ili upravljamo intenzitetom svetla već se i lična podešavanja takođe mogu sačuvati. Omiljena podešavanja mogu se iskoristiti u bilo kom trenutku, i sve svetiljke u kući mogu se podesiti jednim dodirom prema našem raspoloženju, dobu dana

ili aktivnostima koje obavljamo.ipak, potencijalna OleD tehnologija predstavlja mnogo više od samo svetiljki i programa rasvete. Svetlo tih svetiljki je prijatnije, blaže i ugodnije od bilo kog drugog izvora svetlosti, te ga zato naučnici nazivaju „svetlo za blagostanje“. tajna njegovog faktora koji čini da se dobro osećamo leži u načinu na koji svetiljke zrače. Nasuprot svim drugim starim i postojećim izvorima

veštačkog svetla, OleD svetiljke ne emituju svetlost iz jedne tačke – one su ravan izvor svetlosti. kod OleD sijalica takođe je moguće regulisati temperature boje i prilagođavati svetlo dobu dana. znači, moguće je imati toplu belu svetlost za jutarnje i večernje sate, a hladnu belu preko dana.

PAMetAN DOM, PAMetNO OSVetljeNje

SVetlO tiH SVetiljki je PrijAtNije, BlAŽe i UGODNije OD BilO kOG DrUGOG izVOrA SVetlOSti, te GA zAtO NAUčNiCi NAziVAjU „SVetlO zA BlAGOStANje“

53

još jedno svojstvo OleD sijalica inspiriše i dizajnere osvetljenja. One su napravljene od veoma tankih organskih materijala, te bi u budućnosti moglo biti moguće postavljati ih na tapete, plafone ili prozore, a da se zadrži uobičajen izgled tih površina. to bi omogućilo da se na plafonu stvori savršena iluzija letnjeg neba, ili da zid postane virtuelna

livada u proleće. kada se isključe, OleD sijalice su bele, reflektujuće ili providne – te se mogu koristiti za pravljenje prozorskih stakala koja propuštaju sunčevu svetlost danju, a onda se pretvaraju u ravne lampe noću. Diode niske snage mogu inspirisati ne samo dizajnere već se mogu koristiti i u modi, oblasti nameštaja i nakita, ili u

finim umetnostima. Prirodno svetlo koje čini da se osećamo dobro takođe bi se moglo koristiti u bolnicama i operacionim salama u budućnosti. i muzeji su takođe izrazili interesovanje za blage izvore svetlosti bez UV zraka i emisije velike toplote. japan se već nalazi jedan korak ispred – tamo već postoje izložbene sale opremljene OleD svetiljkama.

PlAVO PitANje

Samo prava mešavina crvene, zelene i plave svetlosti stvara belo svetlo organske diode koja emituje svetlost (OleD). ipak, sve do sada su proizvođači morali da koriste plavu boju koja je relativno neefikasna. Fluorescentni emiteri koji se trenutno mogu naći na tržištu pretvaraju najviše četvrtinu energije u svetlost, a ostatak se pretvara u toplotu. Hemičari kompanije BASF stoga su počeli da traže rešenje za

„plavi problem“ pre nekoliko godina. Otkrili su molekule koji isijavaju plavo i koji mogu da pretvaraju skoro kompletnu energiju u svetlo. ti molekuli pripadaju visoko efikasnim fosforescentnim emiterima koji se koriste u OleD tehnologiji. ipak, postoji i jedna prepreka: oni traju samo nekoliko minuta. Očekuje se da će 2016. BASF-ova plava tehnologija ostvariti neophodnu dubinu boje za industriju displeja.

54

Možda zvuči neverovatno, ali moguće je da nam u budućnosti neće biti potrebne ulične svetiljke. Umesto toga, svetlost će obezbeđivati biljke koje rastu pored puta. tim istraživača u San Francisku radi na proizvodnji svetlećih biljaka putem sintetičke biologije. Prema planovima, sintetički DNk segmenti zasnovani na DNk svitaca i svetlećih morskih bakterija biće usađivani u biljke.

Biljke kOje SVetle – Biljke kOje PrOizVODe SVetlO kAO SVetiljke

za većinu nas, laser je raznobojna mešavina treperave svetlosti, ali ne mislimo svi isto. Stiven Denbars (Steven DenBaars), naučnik sa Univerziteta kalifornija u Santa Barbari, misli da bi lasersko svetlo moglo savršeno zameniti tradicionalne svetiljke, na primer, ceo plafon sobe mogao bi biti osvetljen kao da je jedan veliki svetlarnik. ili zamislite svečane sale u hotelima sa desetinama ili stotinama sijalica zamenjenim samo malim brojem ultra sjajnih izvora svetlosti.

Na prvi pogled, čini se da ne postoji ništa zajedničko između toplog sjaja klasične električne sijalice, koja stvara

svetlost zagrevajući sijalično vlakno dok ne dođe do belog usijanja, i lasera, koji generiše svetlost kroz proces optičke amplifikacije, bazirane na stimulisanoj emisiji elektromagnetnog zračenja i stvorenoj svetlosti na jednoj talasnoj dužini i koji usmerava fokusirani snop ka minijaturnom cilju. zajednička osnova je leD tehnologija—ispada da je vrsta lasera na kojima Denbars radi zasnovana na postojećim diodama koje emituju svetlost i koje se nazivaju „laserske diode“.

to je veoma slično leD sijalici. Materijali su isti, ali se stavljaju dva ogledala

na svaku stranu leD sijalice i ona se razlaže na laser. kada se refleksija pokreće napred-nazad dobija se efekat samplifikacije, i od redovne emisije prelazi u stimulisanu emisiju – poput lavine. Najbolje laserske diode su isto tako efikasne u pretvaranju električne energije u svetlost kao i leD svetiljke kupljene u radnji, ali uz jednu veliku razliku: u lasersku diodu se može upumpati više od 2.000 puta više električne energije. U teoriji, to znači da laserska dioda može da proizvede 2.000 puta više svetla po kvadratnom centimetru.

lASer kAO izVOr SVetlOSti

55

Najekonomičniji izvor svetlosti je, naravno, Sunce, koje moderna arhitektura pokušava da iskoristi pomoću staklenih atrijuma i krovova. Veoma jednostavno rešenje koje postaje sve uobičajenije jeste uvođenje direktne sunčeve svetlosti u stanove. to nije ništa novo, jer se ovo kreativno rešenje često koristi u tehnički nerazvijenim oblastima: iskorišćena Pet boca puni se vodom i dodaje se mala količina izbeljivača da bi se

tečnost sterilisala i ostala bistra. Boca se onda vertikalno postavlja u rupu napravljenu u krovu, osigurava se da ne bi pala i učvršćuje se gumom. improvizovana svetiljka je spremna. kada sunce zasija na bocu, voda u njoj prelama svetlo i osvetljava unutrašnjost prostorije bez upotrebe električne energije.

Moderniji pristup je uvođenje sunčeve svetlosti u prostoriju putem solarne cevi

koja funkcioniše kao aktivna prizma. Ona se ugrađuje direktno u krovnu konstrukciju. Sa spoljašnje strane postoji kolektor za svetlost, iz koga svetlo putuje ka drugoj strani cevi, koji se već nalazi u prostoriji, sa ogledalima. Najnaprednije strukture mogu proslediti svetlo čak 6 metara bez gubitka. Stoga se prostorija bez prozora, površine do 25 kvadrata može lako osvetliti pomoću sunčeve svetlosti.

Godine 2014.Nobelova nagrada za fiziku dodeljena je dvojici japanskih i jednom američkom naučniku. Dobili su je isamu Akasaki, Hiroši Amano i Šudži Nakamura – „za izum efikasnih dioda koje emituju plavu svetlost čime su omogućeni jarki izvori bele svetlosi koji štede energiju”. Naučnici ovenčani nagradom učinili su epohalno otkriće ranih devedesetih godina.Prve diode koje emituju svetlost, tj. leD, napravljene su šezdesetih godina prošlog veka. One su proizvodile samo infracrvenu svetlost: sada ih možete naći u daljinskim

upravljačima. Naučnici su pravili sve jače i jače leD sijalice, a onda su se i crvene pa zelene leD sijalice pojavile na skali talasnih dužina. ipak, plava svetlost se opirala i nije bilo moguće napraviti diodu koja emituje plavu svetlost, a bez plave komponente nije moguće proizvesti ni belu svetlost. Plave leD sijalice sa galijum nitridom proizvedene pre dvadeset godina bile su prve koje su mogle da proizvedu jaku svetlost, tako da se napokon otvorio put za kombinovanu (crvena + zelena + plava) proizvodnju leD sijalica sa belim svetlom.

PrirODNO SVetlOje VAŽNO!

leD SijAliCA kOjA je DOBilA NOBelOVU NAGrADU

56

Nove perspektive u transportutransport je postao važan deo našeg svakodnevnog života – pa ipak on koristi veliki deo energije i dovodi do velikih emisija zagađivača; izduvni gasovi iz stotina miliona automobila zagađuju vazduh svakog dana. Postaje očigledno da je neophodno da održivi razvoj uključi revoluciju transporta, a u tome nam nauka može pomoći.

NAŠi SAPUtNiCi SVAkOG DANA: AUtOMOBili

Automobili su tokom proteklih stotinak godina postali deo našeg svakodnevnog života – i to toliko da ne možemo ni zamisliti šta bismo radili da nam nisu na raspolaganju. Sve veći broj motornih vozila u velikoj meri doprinosi osiromašenju rezervi nafte i uglja, tj. izvora fosilne energije jer automobili uglavnom idu na benzin ili dizel koji se dobijaju iz mineralnih ulja. takođe, izduvni gasovi koji nastaju sagorevanjem fosilnih

goriva sadrže ugljen-dioksid, ugljen-monoksid, azotne okside i ugljovodonike koji zagađuju vazduh. Prema nekim procenama, 2021. na putevima širom sveta biće oko 1,2 milijarde automobila, što je skoro 300 miliona više nego sada. Danas je transport odgovoran za 50% ukupnog zagađenja vazduha, te je drastično smanjenje jedan od najvećih izazova.

57

reNeSANSA BiCikAlA

Mnogi prelaze sa četiri na dva točka – neki da bi zaštitili životnu sredinu a drugi da bi se jednostavno prevezli od od kuće do škole ili posla. interesantno je da se godišnje proizvodi duplo više bicikala nego automobila, a u prošloj deceniji se prodalo više bicikala nego ikada pre. Postoje narodi koji tradicionalno rado koriste bicikle, kao što su Holanđani: u Holandiji ima više bicikala nego stanovnika. U kini i zemljama jugoistočne Azije situacija je slična, iako se tamo, zbog većih razdaljina, koriste i električni bicikli.

Na sve veću popularnost biciklizma ukazuje i rastući broj specijalnih materijala i kao sve moderniji dizajn čime bicikli postaju udobniji, bezbedniji i jedinstveni. jedna od novina jesu ramovi za bicikle od drveta ili bambusa, koji su izuzetno fleksibilni i izdržljivi.

kompanija BASF, koja se bavi razvojem inovativnih materijala takođe je napravila sopstveni koncept bicikla koji spaja sećanje na prošlost i obećanje budućnosti. Bicikl „koncept 1865“ izgleda kao bicikli koji su se pravili pre 150 godina, ali se sastoji od 24 dela mašinske plastike visokih performansi, posebne pene i materijala od epoksidne smole i poliuretana, što čini ove bicikle jedinstvenim ne samo po izgledu već i po ugođaju koji pružaju korisnicima.

činjenice i brojke

Svakog dana na putevima se nađe 95.500 novih automobila. Na putevima širom sveta će 2021. biti oko 1,2 milijarde automobila.Udeo motornih vozila u zagađenje vazduha u evropi iznosi 40%.Više od 80% razdaljina koje automobili pređu u evropi kraće su od 20 kilometara.

58

Proizvođači automobila i dobavljači pokušavaju da otkriju kako da smanje sveukupnu potrošnju goriva i emisije uprkos naglom porastu upotrebe automobila. Prvo rešenje koje su stručnjaci ponudili bila je konstrukcija električnih vozila koje pomoću akumulatora na punjenje pokreće električni motor. Na drumovima širom sveta prvo su se pojavila hibridna vozila koja kombinuju motor sa unutrašnjim sagorevanjem i električni motor radi smanjenja potrošnje goriva i emisija. Njihova prednost je što efikasno koriste električni pogon u gradskom saobraćaju u kome su razdaljine kratke, a prebacuju se na tradicionalni motor za duže razdaljine i veće brzine.ključni deo električnog automobila jeste akumulator u kome je pohranjena

energija. Veliki napredak postignut je uvođenjem litijumskih akumulatora koji su daleko snažniji od prethodnih modela. jedno punjenje dovoljno je da se pređe 150–200 km, što je više nego dovoljno za prosečnu gradsku vožnju – a automobil se uveče može priključiti na punjač, isto kao i naši mobilni telefoni. ipak, naučnici sanjaju o tome da pronađu rešenje pomoću koga će jedno punjenje biti dovoljno i za veće razdaljine. inženjeri hemijske kompanije BASF rade na sledećim generacijama akumulatora. kombinacija litijuma i sumpora ili vazduha mogla bi da omogući veću gustinu energije akumulatorima, što znači da bi automobil mogao da pređe i 400 kilometara sa samo jednim punjenjem.Drugo rešenje za poboljšanje efikasnosti punjenja mogao bi da bude novi tip

hibridnih „plug-in“ električnih vozila (PHeV). ti automobili imaju jači akumulator i mogu se puniti preko električne utičnice. PHeV vozila takođe imaju motor sa sagorevanjem, koji pomaže i pri punjenju električnog akumulatora i funkcioniše kao pojačivač dometa, ali njegovo korišćenje je znatno minimizirano povećanim kapacitetom akumulatora. karoserije koje skladište energiju takođe su inovacija koja obećava. Neke evropske kompanije trenutno se bave istraživanjem i testiranjem karoserija koje mogu skladištiti energiju i puniti se brže od postojećih konvencionalnih baterija. karoserije koje se testiraju napravljene su od polimerskih vlakana i ugljenog katrana dovoljno otporne da se koristi za vozila i dovoljno savitljive da se može oblikovati u panele.

električNi AUtOMOBil – VOzilO BUDUćNOSti?

Da li znate?Nije tačno da su električni automobili spori. Jedan od najbržih električnih automobila na svetu je Rimac Concept One, koji je napravio mladi hrvatski pronalazač Mate Rimac, i koji može da ide brzinom od 300 km/h pomoću motora od 1088 konjskih snaga.

•

činjenice i brojke

500.000 – broj električnih automobila na svetu. +100% – projektovano povećanje broja električnih automobila do 2022. godine.2040. godine – svaki drugi automobil biće hibrid.

59

elektrANA NA VODONik U AUtOMOBilU

Obećavajuća prilika za pojavu ekoloških automobila koji ni malo ne zagađuju okolinu jeste gorivna ćelija koja stvara električnu energiju u samom automobilu putem hemijske reakcije između vodonika i kiseonika. Hemijska energija iz reakcije ova dva elementa pretvara se u struju, toplotu i vodu – auspuh emituje samo paru. Automobili sa gorivnim ćelijama imaju domet vožnje koji se može uporediti sa postojećim benzinskim motorima. Oni nude iste performanse i domet

vožnje kao i tradicionalna vozila – iako naučnici moraju da prevaziđu niz izazova. Moraju pronaći prostor u automobilu za ugradnju velikog rezervoara za vodonik i smanjiti težinu gorivne ćelije. i na kraju, što je podjednako važno, mora se izgraditi lanac pumpi na kojima se automobili sa gorivnim ćelijama mogu napuniti vodonikom umesto benzinom.

60

Pre nekoliko godina, Nemački vazduhoplovni centar (Dlr) i lange Avijacija napravili su prvu letelicu na vodonični pogon, Antares Dlr-H2. Mala motorna jedrilica skoro da je bešumna i ne emituje dim, samo paru. Suština sistema gorivne ćelije, koja se ugrađuje ispod krila, jeste sklop membrane i elektrode koji je napravila kompanija BASF, a koji je revolucionaran zato što omogućava radnu temperaturu čak do 180°C na taj način čineći brojne skupe delove, uključujući i rashladni sistem, nepotrebnim. Nemački vazduhoplovni centar planira da ugradi ovu inovativnu gorivnu ćeliju i u putnički avion Airbus A320 radi unapređenja efikasnosti napajanja ovih velikih letelica.

Nema sumnje da je jedan od glavnih uslova za automobile budućnosti pažljiv odabir materijala: naučnici se moraju postarati za to da karoserije budu bezbedne, udobne i što lakše moguće. Ovaj poslednji izazov je onaj sa kojima se inženjeri koji dizajniraju Formulu 1 takođe suočavaju: oni žele da smanje težinu automobila zbog velikih brzina, a kada je u pitanju svakodnevni transport, prednost automobila „lakih kao pero“ leži u manjoj potrošnji. inovativna plastika, koju izrađuje hemijska industrija, koristi se veoma često u svrhu postizanja manje težine.

leteliCA NA VODONičNi POGON – SADA je tAkOđe reAlNOSt

HeMijA U AUtOMOBiliMA

činjenice i brojke

Savremeni automobili već se izrađuju od oko 15% plastike.za nekoliko godina taj procenat može se povećati na 25%.

61

62

Već smo naviknuti na plastiku u unutrašnjosti automobila, ali sve veći broj drugih delova, uključujući i poklopce i delove motora, pravi se od tehničke plastike. jedinica kompanije BASF koja se bavi auto-industrijom napravila je čitav niz plastičnih materijala sa posebnim karakteristikama u smislu otpornosti na toplotu, poput stabilnih delova sistema za cirkulaciju ulja, ili u smislu visoke fleksibilnosti, zbog čega se mogu koristiti i za mehaničke delove motora. Druga revolucionarna inovacija nemačke kompanije koja se bavi hemijskom industrijom jeste naplatak točka od plastike visokih performansi, koji omogućava značajno smanjenje od 3 kilograma kada je u pitanju težina svakog točka.

Nasuprot tradicionalnim, poliamidnim kompozitnim materijalima, nova plastika sadrži dugačka ojačana staklena vlakna, koja omogućavaju maksimalnu toleranciju za istezanje. Plastični točkovi automobila pripremljeni su za električni automobil smart forvision, u saradnji sa kompanijom Daimler. Vrata i drugi elementi šasije ovog malog četvorotočkaša napravljeni su od kompozitnog materijala visokih performansi, epoksi smole ojačane ugljeničnim vlaknima, što ovaj auto čini upola lakšim od onog napravljenog od tradicionalnih materijala. Ovakav proizvod uključuje i najnovije inovacije u oblasti proizvodnje automobila, i to:

iNFrACrVeNA reFlektiVNA FOlijA

kOMPOzitNe kOMPONeNte ViSOkiH PerFOrMANSi

Nova infracrvena-reflektivna folija stavlja se na šoferšajbnu i prozore i štiti unutrašnjost automobila od zagrevanja.

Putničke ćelije i druge komponente poput vrata napravljene su od eposki smole ojačane ugljeničnim vlaknima – što je kompozitni materijal visokih performansi. takvi materijali omogućavaju uštedu u težini veću od 50% u poređenju sa čelikom.

izOlACiONe PeNe ViSOkiH PerFOrMANSi

izolacione pene visokih performansi kompanije BASF ugrađuju se u karoseriju. One pomažu da se u kolima stvori prijatna klima.

63

iNFrACrVeNi reFlektiVNi zAŠtitNi SlOjeVi

PrOViDNi SOlArNi krOV

NAPlAtAk OD PlAStike

infracrveni-reflektivni sistem zaštitnih slojeva koji su otporni na ogrebotine podržava sistem za upravljanje temperaturom. zahvaljujući posebnim pigmentima kompanije BASF, tamni elementi enterijera takođe su zaštićeni od zagrevanja.

čak i pri lošem svetlu, šestougaone providne organske fotonaponske ćelije (OPV) stvaraju dovoljnu količinu energije za pokretanje multimedijalnih komponenti i ventilatora koji pomažu pri upravljanju klimom. Providne organske svetleće diode (OleD) osvetljavaju unutrašnjost kada se vrata otvore ili pritiskom na dugme. kada se isključe, omogućavaju jasan pogled spolja.

Prvi na svetu naplatak od plastike od novog materijala visokih performansi štedi tri kilograma težine po točku. Nova pla-stika ima unapređena svojstva: izvanrednu toplotnu i hemijsku stabilnost, dinamičnu snagu, čvrstinu i odlične karakteristike za kontinuirano funkcionisanje.

64

MUltiFUNkCiONAlNO UDOBNO SeDiŠte

e-tekSili

Sedišta imaju jedinstvenu kombinaciju kontole temperature i laganog dizajna. Nova samonoseća plastična školjka predstavlja osnovu sedišta. Pena na sedištu pruža i udobnost i uštedu u težini. Vunena tkanina sadrži super apsorbente koji dodatno unapređuju udobnost time što upijaju vlagu.

e-teksili su tanke tkanine sa provodnim slojevima prilagođenim po meri. Oni zamenjuju konvencionalno grejanje sedišta. Sa direktnim grejanjem blizu tela, u naslonima sedišta, oni stvaraju prijatan osećaj toplote.

65

Naučnici odavno rade na automobilu koji bi pokretalo gorivo drugačije od benzina i dizela. trenutno su bioetanol i biodizel najčešća alternativna goriva, a ona se dobijaju od biljaka koje se uzgajaju posebno u tu svrhu, pre nego od fosilnih izvora energije iz dubina zemlje. Da bi se napravio bioetanol koriste se tzv. energetske kulture, poput cvekle ili kukuruza, a biodizel se proizvodi iz biljaka sa velikim sadržajem ulja, najčešće repice ili suncokreta. ipak, da bi se dobila ova goriva potrebne su ogromne količine biljaka: za proizvodnju 100 litara bioetanola, potrebno je više kukuruza nego što jedan čovek može da pojede

za godinu dana. zato se biogoriva ne mogu zaista smatrati ekološkim – čak i ako automobil emituje nešto manje zagađivača ukoliko radi na biljno gorivo.

Najperspektivnije gorivo je nijedno drugo do vazduh. Pežo i Citroen su zajedno napravili hibridni automobil koji pokreće hidraulični sistem na bazi komprimovanog vazduha. Automobil takođe ima benzinski motor koji se uključuje u trenucima velikog opterećenja, na primer na uzbrdicama ili pri velikim brzinama. Automobil pod nazivom Hybrid Air biće u prodaji od 2016. godine.

ljudi će prestati da gledaju na svoje automobile kao na lično vlasništvo, te će deljenje automobila postati uobičajeno. Preteče ovog pristupa jesu mreže za skupljanje putnika koji idu na isto odredište kao i vlasnik automobila. jedna od najpopularnijih takvih zajednica je Uber, a sada postoji u nekoliko zemalja Srednje evrope. Suština je da aplikacija na mobilnom uređaju prikazuje slobodne Uber vozače u našoj blizini koje možemo pozvati baš kao i taksi – ali po nižoj tarifi, i ponekad čak i da delimo auto sa drugim sličnim putnicima.

Nove navike za korišćenje automobila zahtevaju i nove tipove automobila:

auto budućnosti biće mnogo lakši od prethodnih modela, biće mu potrebno veoma malo energije i imaće manje uticaja na životnu sredinu. Sigurno je da će se prevoz u okviru metropola odvijati automobilima koji rade bez vozača, sa unapred definisanim rutama, a pod kontrolom GPS-a. Ova automatska vozila za lični brz tranzit (Prt) idu po šinama ili magnetnim rutama i prevoze maksimalno od 3 do 6 putnika koji mogu izabrati svoju destinaciju duž unapred definisane rute. iako to može zvučati futuristički, u svetu već funkcioniše više od deset takvih Prt sistema. Najstariji i najveći Prt sistem na svetu nalazi se na Univerzitetu zapadne Virdžinije i prevozi studente i posetioce do određenog broja popularnih odredišta u gradu. Osim toga, takva mala automatizovana vozila takođe se koriste na aerodromu Hitrou u londonu i Masdar Sitiju, eko-gradu koji je trenutno u izgradnji u Ujedinjenim Arapskim emiratima.

Uobičajena putnička vozila bez vozača nisu više naučnofantastični prizori: Guglovi automobili bez vozača toyota Prius ne samo da snimaju slike puta već njihove kompjuterizovane mape vide i znake na putevima, nalaze alternativne pravce i vide semafore pre nego što ih ljudi mogu videti. Pomoću lasera, radara i kamera, automobili mogu analizirati i

obrađivati informacije o okruženju brže od ljudi. inženjeri kompanije Gugl već su testirali auto koji samostalno vozi na više od 300.000 kilometara državnih autoputeva i puteva.

javni prevoz nije izuzetak kada je u pitanju uvođenje inovacija. U toj oblasti su najperspektivniji magnetni vozovi, koji se nazivaju i „maglevi“. takva vozila su potpuno ekološka, jer ih pokreću i njima upravljaju magnetna polja. koristeći ovu tehnologiju, vozovi mogu da idu brzinom većom od 400 km/h, bezbedno i skoro bešumno. Danas se „maglev“ vozovi koriste u Nemačkoj, japanu i kini, a najbrži od njih prelazi razdaljinu od 30 kilometara za 7 minuta. tradicionalnim vozovima bi bilo potrebno barem tri puta više vremena.

električni autobusi takođe postaju uobičajeni a naučnici takođe ulažu kontinuirane napore da unaprede njihove karakteristike. U Holandiji, recimo, izvode se eksperimenti za super autobus, koji radi na litijum-polimerski akumulator, koji je u velikoj meri sličan ogromnom sportskom automobilu, i može da preveze 23 putnika brzinom od 250 km/h.

NeŠtO NOVO ŠtO Bi zAMeNilO BeNziN

NOVi izGleDi zA trANSPOrt BUDUćNOSti

GrADitelji GrADOVA BUDUćNOSti SMAtrAjU DA će Se NAŠ StAV PreMA PUtNičkiM AUtOMOBiliMA NeMiNOVNO PrOMeNiti.

66

činjenice i brojke

U velikim gradovima 90% ljudi redovno koristi javni prevoz.

Vazdušni saobraćaj koji je u stalnom porastu takođe predstavlja izazove za naučnike: kako učiniti funkcionisanje vazduhoplova manje zagađujućim. Oko 90 hiljada letova prevozi putnike širom sveta svakoga dana, te se tako emituju velike količine ugljen-dioksida, koji pojačava efekat staklene bašte, a koriste se ogromne količine goriva, kerozina, koji se dobija preradom nafte. ti avioni koriste oko 30 hiljada litara goriva tokom dvočasovnog leta što je dovoljna je da se šesto puta napuni rezervoar prosečnog automobila.

zamena kerozina alternativnim gorivom bila bi veliki korak ka održivosti vazdušnog saobraćaja. Biogoriva za avione proizvode se na nekoliko lokacija: u Holandiji, recimo, planiraju da udvostruče kapacitet lokacije roterdam Bio Port do 2020. godine sa namerom da smanje emisiju CO2 iz letelica za 80% tako što će koristiti njihovo održivo gorivo. još jedan tekući projekat pod nazivom „GreenSky london“ ima za cilj da upotrebi oko 500.000 tona otpada godišnje za proizvodnju 50.000 tona avionskog goriva i istu količinu biodizela.

Vazdušni saobraćaj ne može se izolovati od korišćenja obnovljivih vrsta energije, od kojih je najočiglednija upotreba solarne energije. Napajanje preko solarnih panela već je realnost za neke manje letelice. Prvo takvo vozilo na svetu Solar impulse na svojim krilima ima 17.200 solarnih panela koje prikupljaju energiju i prenose je do motora. Ova letilica već je letela preko okeana i obleteće zemlju 2015. godine.

Pokretanje velikih putničkih aviona putem solarnih panela, međutim, i dalje je san. Naučnici će verovatno doći do hibridnog rešenja koje će moći da održi veće avione u vazduhu koristeći različite vrste obnovljive i ekološke energije.

A SADA je tU i NeBO

leteći AUtOMOBil

Prvi leteći automobil prošao je prve probne

letove i uskoro će otpočeti njegova serijska

proizvodnja. za 30 sekundi terrafugia

transition se od normalnog automobila pretvara u malu dvosed letelicu. kada poleti sa

punim rezervoarom, vozilo ima domet leta od 644 km i krstari brzinom od

185 km/h.

67

Galvanska ćelija, akumulator, gorivna ćelija slične su sa aspekta funkcionisanja jer sve uključuju prenos elektrona, tj. redoks reakcije. Suština stvaranja energije jeste u tome da se vezivanje i otpuštanje elektrona razdvoje u prostoru tako da elektroni moraju da struje od anode (oksidacija) do katode (redukcija).

Ukoliko galvanska ćelija ostane bez reagensa, više ne može da proizvodi struju, što znači da je proces stvaranja energije samo jednosmeran proces.

Što se tiče akumulatora, sličan proces proizvodi energiju, ali taj proces je električno reverzibilan, tj. akumulator se može puniti. Na primer kod litijumskih akumulatora, joni litijuma prelaze (li+) na negativnu elektrodu sa ugljenikom tokom punjenja i teku do pozitivne elektrode od metal oksida tokom pražnjenja. U najnovijim litijum-polimerskim akumulatorima, tečna elektroda zamenjena je posebnom plastikom, te se tako mogu napraviti veoma mali i fleksibilni izvori energije.

Najveća prednost gorivnih ćelija jeste u tome što rade sve dok se dopunjuju. to gorivo je najčešće vodonik, ali postoje i modeli koji rade na metan i metanol. Hemijski proces se praktično sastoji od sagorevanja goriva, ali ne na konvencionalan način: reagensi nisu u međusobnom kontaktu već se prenos elektrona odvija kroz membranu. Od vodonika se tokom reakcije stvara voda, dok se od jedinjenja ugljenika stvara ugljen-dioksid.

NAUkA U POGONSkOj jeDiNiCi

68

Nauka je takođe zadužena za proizvodnju odgovarajuće količine i kvaliteta hrane za rastući broj stanovnika na svetu, a sve to bi trebalo raditi sa najmanjim uticajem na okolinu kroz ceo lanac snabdevanja.

Pročitajte više o inovativnim naučnim rešenjima koja se koriste u proizvodnji biljaka, sledećoj generaciji ambalaže za hranu, a pogledajte i šta se dešava u pozadini kuhinje budućnosti.

69

ODrŽiVi lANAC iSHrANe

70

kako nahraniti buduće generacije?Nauka se možda nikada nije suočila sa tako teškim zadatkom kakav je danas pred njom. Ona mora da postavi temelj za razvoj svetskog stanovništva koje raste brzo i neujednačeno. jedan od ključnih izazova je obezbediti dovoljno hrane za ljudski rod na najodrživiji mogući način.

GlAD i PreterANA POtrOŠNjA

Potrebe čovečanstva za hranom značajno se povećavaju iz godine u godinu. Potražnja za proteinima životinjskog porekla raste za po 2 miliona tona godišnje, a potrebe ljudi za žitaricama iznose dodatnih 26 miliona tona godišnje. Glavni razlog je rast broja stanovnika: svake godine potrebno je nahraniti dodatnih 80 miliona usta. činjenica je da je preterana potrošnja znatna u razvijenim zemljama i da mnogi ljudi kupuju nepotrebne količine

hrane koja završava u đubretu a to takođe doprinosi povećanoj potražnji za hranom. S jedne strane, prisutna je glad u zemljama u razvoju u kojima poljoprivredna proizvodnja ne može da prati rast broja stanovnika, te je stoga i nestašica hrane stalna. Ne smemo zaboraviti ni na ljude koji pate ne samo zbog količine, već i zbog kvaliteta hrane što znači da su pothranjeni zbog nedostatka proteina, vitamina i mikronutrijenata.

činjenice i podaci

Godišnja potrošnja čovečanstva7 milijardi tona žitarica – za koje je potrebno 746 miliona hektara obradive zemlje,210 miliona tona šećera,259 miliona tona masti.

71

MAjkA zeMljA PrUŽA HrANU i ŽiVOt

Na neki način, zemljište je suštinski povezano sa našom ishranom, iz njega dobijamo povrće, voće, a posledično čak i meso (pošto životinje jedu stočnu hranu koja se proizvodi na obradivim površinama). Ali, obradivih površina je sve manje jer je rastućim gradovima i njihovoj aglomeraciji, kao i mrežama puteva koje se ubrzano razvijaju, potrebno sve više zemlje.

Obradivo zemljište suočava se sa još jednim ozbiljnim problemom, erozijom tla, što znači da je sadržaj hranljivih

materija u tlu smanjen. Uzgajanjem biljaka gubi se azot, fosfor i kalijum iz tla. Pre mnogo vekova, ljudi bi jednostavno ostavljali polja da se odmaraju i ništa nije bilo sađeno na sveže požnjevenim oranicama. Sada proizvođači više ne mogu da priušte nešto tako jer proizvodnja mora da ide u korak sa rastućom potražnjom. Stoga, pored tradicionalnih organskih đubriva, hemijska đubriva koja su posebno dobra za nadoknađivanje gubitka hranljivih sastojaka iz tla igraju važnu ulogu u plodnosti tla.

72

Sedamdeset osam odsto zemljine atmosfere sastoji se od atmosferskog azota koji više biljke ne mogu direktno da koriste. One za rast koriste nitrat iz tla. Ali štetno je ukoliko zemljište sadrži više nitrata nego što biljke mogu da prime. U tom slučaju, bakterija iz tla pretvara nitrat u gas staklene bašte pod nazivom diazot monoksid (N2O), čiji su efekti trista puta jači od ugljen-dioksida.

inženjeri koji se u kompaniji BASF bave istraživanjem nedavno su počeli da se bave ovom problematikom i napravili su inhibitor nitrifikacije koji, kada se pomeša sa đubrivom, optimizuje proces nitrifikacije u cilju omogućavanja da koncentracija nitrata u zemljištu ne prelazi potrebe biljaka. Ovo čini korišćenje đubriva efikasnijim i značajno smanjuje proizvodnju gasova staklene bašte.

iNOVAtiVNA zAŠtitA tlA OD GlOBAlNOG zAGreVANjA

činjenice i podaci

čak 80% zemljišta na svetu je oštećeno. Degradacija zemljišta je 17 puta brža od njegove obnove. Sa površine zemlje godišnje nestaje čak 75 milijardi tona plodnog zemljišta.

73

Cir

kU

lArN

O POljOPriVreDNO zeMljiŠ

te

Održiva poljoprivreda znači da rukujemo zemljištem koje nam je na raspolaganju koristeći najmanju moguću količinu vode i energije, pritom maksimalno smanjujući stvaranje otpada i proizvodeći dovoljnu količinu hrane za ljude. Poljoprivredna industrija već je razvila niz ideja za održiviju ratarsku proizvodnju. Neke od najvažnijih inicijativa su sledeće:

U suvim oblastima sa malom količinom padavina, usevi se često uzgajaju na cirkuralnim

parcelama. Ova metoda naziva se navodnjavanje sa centralnog rasprašivača. Njegova prednost

je što koristi manje vode od konvencionalnih tehnika

navodnjavanja.

Poljoprivredni inženjeri i graditelji gradova budućnosti shvatili su da snabdevanje građana hranom može biti najekonomičnije ukoliko se neke biljne kulture uzgajaju u samim gradovima jer se na taj način voće i povrće neće u gradove dopremati iz udaljenih oblasti. Pošto su gradovi prenaseljeni, biljke mogu da rastu samo vertikalno, pa se zato uzgajaju u staklenicima oblakoderima napravljenim specijalno u tu svrhu. Osim toga, na zidovima kuća se može videti sve više ukrasnih bašti. Pored njihove estetske funkcije, one takođe imaju svoju ulogu u prečišćavanju gradskog vazduha.

Akvaponija je sistem proizvodnje hrane koji kombinuje intenzivan uzgoj ribe u akvarijumima (akvakultura) sa uzgojem biljaka u vodi (hidrofonija), i koji igra važnu ulogu u poljoprivrednoj revoluciji. Vodeni cirkulator pokreće zatvoreni sistem koji upumpava vodu iz akvarijuma sa organskim izlučevinama životinja u koren biljaka, koje koriste hranljive sastojke iz te vode. Biljke se uzgajaju na ležištima sa šljunkom ili kuglicama gline kroz koje voda polako teče, a prečišćena voda vraća se u akvarijum u kome se proces ponovo pokreće. Najveća prednost akvaponije je u tome što je ona skoro u potpunosti samoregulišuća. Njena efikasnost može se poboljšati samo dodavanjem bakterija i nadoknadom vode koja je isparila.

U hladnijim oblastima, staklene bašte često se ukopavaju u zemlju. ti staklenici kombinuju prednosti pasivnog solarnog grejanja i tzv. zemaljskih brodova (earthship): izolacioni kapacitet zemlje je veoma dobar, stoga ovakvi staklenici primaju i zadržavaju solarnu toplotu koja ulazi u njih kroz stakla. Na taj način se stvara topla, svetla i stabilna sredina za rast biljaka preko cele godine.

GlOBAlNi izAzOV: UčiNiti POljOPriVreDU ODrŽiVijOM

Ve

rti

kA

lNA

BA

ŠtA

AkVAPONijA

PODzeMNi StAkleNiCi

74

Da li znate?Poslednjih godina, zajedničke bašte uspostavljene su u stambenim naseljima u nekoliko velikih gradova u Evropi, i u njima stanovnici uzgajaju povrće, bilje i voće za sopstvene potrebe. Postoje i mesta na kojima je dozvoljeno držanje živine i pčela.

•

inženjeri koji se bave razvojem i koji sprovode istraživanja da bi omogućili najveće prinose uz manje korišćenje vode ili u ekstremnim vremenskim uslovima, takođe se aktivno bave borbom za održivost. Odeljenje kompanije BASF za zaštitu bilja je na čelu tog istraživanja. Njegovi zaposleni napravili su biljke koje podnose stres i koje su, na primer, otpornije na sušu. istraživači su ispitali kaktuse i mahovinu iz toplih i suvih područja i pronašli više od 100 gena koji su odgovorni za stepen tolerancije biljaka na stres. Studije su pokazale da biljke sa takvim genima mogu da prežive dve nedelje bez vode, dok se „normalne biljke“ suše. Nedavno su naučnici radili i na hibridnim biljkama, koje bi pomogle da se postigne ova tolerancija na sušu

i kod poljoprivrednih useva. Pored toga, inženjeri kompanije BASF takođe su napravili pesticidne proizvode koji pomažu biljkama da budu otpornije na bolesti i uticaj okoline, zbog čega se postižu bolji prinosi.

Nauka može doprineti i postizanju visoke hranljive vrednosti hrane, što je posebno važno u zemljama u razvoju gde je pothranjenost veoma česta. Grupa za istraživanje hranljivih sastojaka kompanije BASF proizvodi nekoliko sastojaka koji se mogu koristiti za poboljšanje kvaliteta hrane. Ovi funkcionalni sastojci uključuju vitamine i karotenoide, kao i omega-3 masne kiseline. ti sastojci mogu se koristiti i u tečnim i u čvrstim oblicima prehrambenih proizvoda poput tipičnih

obogaćenih cerealija, mlečnih proizvoda poput jogurta, kao i namirnica za ishranu odojčadi i dece.

Nemačka kompanija je toliko posvećena održivosti da je razradila metod za holističku procenu održivosti u poljoprivredi pod nazivom AgBalance™. Njime se ocenjuje 69 indikatora sa aspekta tri dimenzije – životne sredine, društva i ekonomije. Na primer, AgBalance razmatra ravnotežu hranljivih materija u zemljištu, biodiverzitet vrsta koje naseljavaju oranice, plus ostatke u hrani i stočnoj hrani kao i fiksne i varijabilne troškove. Prva AgBalance studija analizirala je proizvodnju uljane repice u Nemačkoj između 1998. i 2008. rezultati pokazuju da je učinak ukupne održivosti povećan za 40%.

kAkO BiOteHNOlOGijA MOŽe DA POMOGNe?

75

Precizna poljoprivreda je cilj na kome se već dugo radi. Ona podrazumeva da se đubrenje, prskanje, polivanje i žetva mogu obavljati što je preciznije moguće. Stoga se količina pesticida kao i goriva koje kombajni troše mogu smanjiti, štaviše, i kombajni će manje zagađivati okolinu ukoliko idu po preciznim trasama. zato se tako često koristi upravljanje poljoprivrednom mehanizacijom na osnovu sistema GPS jerse parcele pomoću njega mogu preciznije obrađivati.

Ova oblast nudi mnoge uzbudljive mogućnosti. kombinacijom brojnih tehnologija i istraživanja, za poljoprivredno zemljište mogu se naći veoma interesantna rešenja, kao što je primena nano oblaka. to su u stvari majušni senzori koji mogu otkriti faktore iz okoline koji utiču na proizvodnju useva, kao što su vetar, vlažnost, temperatura i sadržaj vlage u zemlji, na do 30 ari zemlje. takvi visokotehnološki bežični senzori već se uspešno koriste u vinogradima u kaliforniji.

Drugo sredstvo, koje se sve češće koristi, jeste dron, bespilotna letelica na daljinsko upravljanje koja pomaže poljoprivrednicima da „obiđu“ svoju zemlju putem vazduha da bi imali bolji pregled useva. lagani avioni za izviđanje koji nisko lete mogu praviti detaljne fotografije koje na vreme pokazuju ratarima gde i koliko herbicida da iskoriste, a gde je potrebno navodnjavanje. Najsavremeniji dronovi prave infracrvene fotografije visoke rezolucije čak i listova biljaka, čime se ukazuje na to da li je biljka dobila dovoljnu količinu vode i hranljivih sastojaka ili ne. Štaviše, dronovi se u japanu koriste i za zaprašivanje. Na taj način se daju pesticidi baš onim biljkama kojima je to potrebno.

DrONOVi i NANO OBlACi NAD POljiMA

76

Očigledno je da je gajenje stoke izuzetno neefikasno po pitanju potrošnje stočne hrane kao i veličine parcela koje se koriste. to je čak i okrutno prema životinjama. Pored toga, uzgoj stoke glavni je uzročnik globalnog zagrevanja; štaviše, njegovi nusproizvodi zagađuju pijaću vodu.

čini se da se situacija ne može rešiti samo smanjenjem proizvodnje već su potrebna i radikalnija rešenja, a nauka u tome može pomoći. Naučnici eksperimentišu sa proizvodnjom životinjskog mesa u laboratoriji još od 2008. Oni uzimaju uzorke tkiva od dva prosečna grla stoke, te počinju sa uzgajanjem mišićnog tkiva od ove gelaste ćelijske strukture. Na primer, meso za hamburger sadrži 20 hiljada mišićnih vlakana. Meso proizvedeno na ovaj način nije genetski modifikovano – ćelije su identične kao da su „evoluirale“ na konvencionalan način, kao deo žive životinje. Proces je izuzetno efikasan jer se 20 hiljada tona govedine može proizvesti od samo jednog uzorka. Ova metoda smanjila bi korišćenje zemljišta i vode u stočarstvu za 90%, a potrošenu energiju za 70%. iako su i dalje potrebna obimna istraživanja da bi se u laboratorijama uspešno proizvelo meso za ljudsku upotrebu, motivacija je tu: PetA, organizacija za zaštitu životinja, odredila je nagradu od million dolara za prvi tim naučnika koji uspešno proizvede jestivo pileće meso.

MeSO Bez MeSA činjenice i podaci

70% – zemlje se uglavnom koristi za stoku,50% – Polovina pijaće vode troši se na stoku.50% – Stoka proizvodi polovinu gasova staklene bašte.

77

Alga je jedna od najperspektivnijih biljaka koja bi mogla da spasi svet od gladi. Pošto su alge vodene biljke, one mnogo brže rastu. zbog toga se sa jednog hektara algi proizvodi ista količina proteina kao i sa 21 ara soje ili 49 ari kukuruza. Osim toga, biodiverzitet algi je ogroman: na svetu postoji više od 800 hiljada vrsta algi. Postoje jednoćelijske i višećelijske alge, poput ogrome morske alge duge 60 metara. Alge proizvode ugljene hidrate, ulja, proteine, vitamine, kolorante i organske materije. to omogućava obimnu upotrebu algi u različitim granama industrije poput prehrambene, kozmetičke, farmaceutske, kao i u proizvodnji biogoriva. One su značajne iz još jednog razloga: 90 procenata kiseonika na planeti proizvode alge putem fotosinteze, pa su i materijali kojise od njih prave pogodni za apsorpciju ugljen-dioksida.

Alge koje se uzgajaju u fotobioreaktorima mogu se koristiti za proizvodnju veoma važnih agenasa jer promena optimalnih uslova izaziva stresnu reakciju, što često dovodi do stvaranja nove materije, ili iznenadnog povećanja proizvodnje već proizvedene materije. takvi sistemi su, recimo, bioreaktori koji mogu da proizvedu vodonik. Odavno se zna da neke zelene alge proizvode vodonik: pod izvesnim uslovima one koriste nutrijente koje su proizvele tokom fotosinteze, a to je proces koji se naziva biofotoliza. Nedostatak sumpora i kiseonika izaziva toliko povećanu proizvodnju vodonika da je moguće čak i stvaranje energije. (Nedostatak sumpora „isključuje fotosintezu“, te stoga proces stvaranja energije tokom koga se proizvodi i vodonik, postaje važniji za alge.) Napravljeni su mnogi patenti za proizvodnju aktivnih supstanci (kao što su sastojci za lekove, dodaci ishrani), a jedan od najvažnijih je ulje algi koje je veoma zdravo: sadrži mnogo nezasićenih komponenti, ali se srazmera omega-3 masnih kiselina značajno povećava kao rezultat određenog stresa. Unos omega-3 masnih kiselina izuzetno je važan, pa ipak mnogi ljudi ih ne unose u dovoljnim količinama te se odnos omega-3/omega-6 takođe menja.

HrANA BUDUćNOSti: MikrOAlGeDA li BiSte

jeli BUBe? Ujedinjene nacije nedavno su

objavile detaljan izveštaj o jestivim insektima, računajući na činjenicu da će sve više i više ljudi biti primorano

da konzumira insekte bogate proteinima zbog nadolazeće krize sa hranom. za mnoge ljude, čak i sama ideja je odvratna, ali moramo imati na

umu da se u određenim kulturama insekti jedu već hiljadama godina, a insekti su i dalje na meniju dve

milijarde ljudi širom sveta.

FOtOBiOreAktOr

Razmnožavanje mikroalgi u industrijskim razmerama u našoj klimi moguće je samo veštačkim putem. Stoga se alge proizvode u zatvorenim sistemima, gde se proizvodnja optimizuje pomoću mešavine veštačkog i prirodnog svetla i temperature. Takvi uređaji zovu se fotobioreaktori.

78

Pametna prehrambena ambalaža sutrašnjiceOvih dana, skoro isto onoliko istraživanja i razvoja koliko se ulaže u samu hranu ulaže se i u to kako se ona pakuje. inovacije i visoko tehnološka rešenja znače da kartoni, folije i boce održavaju hranu svežom i bezbednom. Osim bezbednosti hrane, zaštita životne sredine takođe mora biti prioritet – a to motiviše istraživače da razvijaju nove tehnologije.

NOVA erA zA AMBAlAŽUPostoji nekoliko razloga za sve veću količinu prehrambene ambalaže širom sveta. Više od polovine svetskog stanovništva živi u gradovima, gde ima malo mogućnosti za nezavisno uzgajanje hrane. tri i po milijardi ljudi na svetu živi u gradovima i kupuje proizvode van kuće – a ti proizvodi su obično upakovani. Osim toga, sve veći broj domaćinstava sa jednim članom, u kojima se radije koriste manje porcije, kao i rastući trend obedovanja u pokretu, između dva sastanka, omogućavaju i sve veću količinu upakovane hrane. Nažalost, prehrambena ambalaža skoro momentalno po otvaranju

završava u kanti za đubre, a značajnom procentu, poput recimo plastike, Pet boca ili limenki potrebno je nekoliko decenija za razgradnju.

takođe, zapanjujuće su ne samo količine materijala za pakovanje već i ostataka hrane, posebno u razvijenim zemljama. Bacamo i ostatke hrane koji se skupe tokom pripreme obroka, kao i hranu koju ne pojedemo. ipak, žalosno je što većinu hrane bacamo u kantu zajedno sa njenom ambalažom: ono što se ne pojede vremenom se pokvari a da se čak i ne otvori.

činjenice i brojke

1,3 milijarde – broj tona proizvedene hrane, što je oko jedna trećina ukupne količine, gubi se ili baca svake godine širom sveta.95-115 kg – količina jestive hrane po osobi koja se gubi ili baca svake godine u industrijalizovanim zemljama.

79

Istraživači se ovim složenim problemom bave kroz predstavljanje čitavog niza inovativnih rešenja za ambalažu. Jedan od njihovih glavnih ciljeva jeste da se značajno smanji količina hrane koja se baca time što će se produžiti vreme tokom koga hrana ostaje sveža u svojoj ambalaži. To se može postići sprečavanjem dodira hrane sa kiseonikom, što sprečava bakterije koje podstiču raspadanje da se množe. Odeljenje za plastiku nemačke kompanije baSF takođe je napravila posebne kompozitne materijale, koji se prevashodno koriste za posude za pakovanje komada mesa, salama i kriški sireva. Posuda, koja je u kontaktu sa hranom, napravljena je od poliamida koji je u isto vreme i čvrst i fleksibilan i

što je još važnije ona zadržava kiseonik i ugljen-dioksid. Gornja folija je od bOPa materijala (biaksijalno orjentisan poliamid) koji je izuzetno fleksibilan, otporan na cepanje, a unutrašnji sloj služi kao barijera protiv vazduha.

Još jedna tehnologija pakovanja kojom se čuva svežina jeste maP ili pakovanje koje uključuje modifikovanu atmosferu. Pomoću ove tehnologije, vazduh koji okružuje prehrambeni proizvod zamenjuje se zaštitnom atmosferom koja je posebno prilagođena hrani. Jedan primer je mešavina azota i ugljen-dioksida. Ovi sporo reaktivni gasovi zamenjuju kiseonik i usporavaju razmnožavanje bakterija, a sve to bez upotrebe bilo kakvih konzervanasa.

Osim obezbeđivanja higijene, još jedan značajan cilj istraživača u oblasti prehrambene industrije jeste da načine ekološke materijale za pakovanje. upravo tom cilju namenjena je i biorazgradiva plastika: to je materijal koji će biti sve prisutniji zato što se sve više običnih kesa i kesa za đubre izrađuje upravo od njega. Kompanija hemijske industrije baSF lider je u razvoju razgradive plastike. Njen poliester ecoflex®, proizveden pomoću bakterija i gljivica, vode, ugljen-monoksida i bio mase, razgrađuje se u roku od nekoliko nedelja bez ikakvih ostataka. ecoflex® se koristi i kao premaz za papirne čaše, za prijanjajuću foliju za prehrambene proizvode kao i za pravljenje kesa koje se koriste za kompostiranje u kući.

80

kAkO FUNkCiONiŠe

kOMPOStirANje?kompostiranje

je biološki proces tokom koga se organski otpad (ostaci hrane, čaja, baštenski otpad) pretvara u supstancu sličnu

humusu što je rezultat prirodnog raspadanja. ta supstanca naziva

se kompost i koristi se za,recimo, poboljšanje

plodnosti tla.

Da li znate?Aditivi takođe omogućavaju da ambalažni materijali budu takvi da se mogu reciklirati. Povećane stope recikliranja, smanjene potrebe za materijalima BASF proizvoda koji doprinose ostvarivanju ciljeva smanjenja potreba za materijalima i povećanjima stope recikliranja uključuju aditive, koji čine plastiku elastičnijom i otpornom na starenje i habanje. Oni se koriste u procesima poput reciklaže PET flaša. Aditivi koji pripadaju porodici Joncryl® kompanije BASF omogućavaju da reciklirani materijal ima kvalitet nove PET ambalaže. Štaviše, hemikalije za papir kompanije BASF omogućavaju proizvodnju novog papira i kartona od recikliranih vlakana.

•

AMBAlAŽA: PAMetNi PreHrAMBeNi iNSPektOr

teško je odrediti tačan rok trajanja kvarljivih namirnica jer on umnogome zavisi od temperature skladištenja. Prehrambeni proizvod kvari se deset puta brže na temperaturi od 8–100˚C u frižideru nego na 0˚C. zato se pametni indikatori koji odmah otkrivaju da li je hrana jestiva ili ne izrađuju za prehrambenu industriju. Švajcarski naučnici ugrađuju „olfaktorne sisteme“ u prehrambenu ambalažu da bi pratili kvalitet hrane. Sistem meri temperaturu, vlažnost i promene pojedinih jedinjenja. Sadržaj etilena menja se kada voće sazri, dok pojava heksanola ukazuje na to da je ono trulo. Ali senzori otkrivaju prisustvo drugih patogena i efekata UV zračenja kao i curenje, sušenje i druga oštećenja na ambalaži. Promena

boje ambalaže znači loše vrednosti, a ambalažu je nemoguće otvoriti u nekim slučajevima.

Dilema oko roka trajanja ne zaobilazi ni zamrznute namirnice jer ne možemo biti sigurni da su one pravilno duboko zamrznute. Vremenski indikator temperature koji je napravila kompanija BASF pomaže nam da kontrolišemo hranu na putu od proizvođača do prodavnice tako da kupci mogu da pogledaju etiketu i vide da li se proizvod čuva stalno duboko zamrznut i pravilno sladišten sve dok ne stigne do zamrzivača kupaca. Mastilo koje je osetljivo na temperaturu koristi se za štampanje OnVu™ iCe etiketa – što je tamnija boja, to se bolje održava

hladan lanac za ohlađene i zamrznute prehrambene proizvode.

još jedan tip tehnologije koji pomaže da se proveri stvarno stanje namirnica jeste identifikacija pomoću radio frekvencije (rFiD). elektronski čipovi postavljaju se na ambalažu i služe kao zamena tradicionalnim barkodovima jer čuvaju sve važne informacije o hrani, uključujući i njene sastojke, alergenske supstance koje sadrži i, naravno, rok trajanja. rFiD čipovi se jednostavno i brzo čitaju i mogu se koristiti i za informacije o tome kada je tačno određeni prehrambeni proizvod proizveden i kojim putem je konačno stigao do radnje u kojoj se prodaje.

Promena boje ambalaže znači loše vrednosti, a ambalažu je nemoguće otvoriti u nekim slučajevima.

81

DA li Se i AMBAlAŽA MOŽe POjeSti ??

SVetSkA SeNzACijA: PrVA liMeNkA kOjA Se SAMA rASHlAđUje

limenka koja se sama rashlađuje može smanjiti temperaturu pića za 1˚C u roku od tri minuta. ChillCan sadrži cilindričnu komoru sa CO2 gasom pod visokim pritiskom, koja ima ventil na dnu limenke na kome se nalazi dugme. kada korisnik pritisne dugme, otvara se ventil i CO2 izlazi iz dna limenke u vazduh. kako se gas širi, on apsorbuje toplotu iz okolne tečnosti, smanjujući temperaturu. Specijalna limenka koja sadrži energetski napitak već se može kupiti u Americi.

Prema nekim mišljenjima, nova generacija ambalaže biće različita čak i po funkcijama: ne samo da će čuvati hranu nego će i sama biti jestiva. Prvi čovek u oblasti jestive prehrambene ambalaže jeste dr Dejvid edvards (David edwards) sa Harvarda, profesor na predmetu Praksa u biomedicinskom inženjeringu. edvards i njegov tim naučnika napravili su jestivu membranu od biorazgradivog polimera i čestica hrane koja menja tradicionalnu ambalažu poput celofana ili kartona. jestiva membrana, ili „Wikicell“, ponaša se kao prirodna „boca“ slično načinu na koji kora ili kožica voća štiti meso ispod. edvard veruje da je moguće sačuvati bilo koji ukus u membrani „Wikicell“. Do sada je njegov tim napravio membranu paradajza koja sadrži gaspaćo, membranu grožđa sa vinom u njoj i druge. edvards je takođe napravio prototip boce sa slojem sličnim ljusci jajeta koji se može ili oljuštiti ili pojesti ceo kao i membrana ispod njega.

Ova supstanca poput membrane slična je kapsulama deterdženta koje su sada popularne, u kojima se tečni deterdžent nalazi u providnom materijalu nalik foliji koji se rastapa u mašini za pranje veša tokom pranja, što je rezultat njegovog kontakta sa otpadom.

iako je sada skoro nezamislivo da zagrizete sendvič zajedno sa ambalažom u koju je upakovan, jestiva pakovanja će definitivno igrati važnu ulogu u budućnosti. izvestan broj istraživačkih timova radi na razvoju jestivih ambalažnih materijala u različitim delovima sveta – a oni se mogu iskoristiti za pakovanje sokova, slatkiša, pa čak i svežeg mesa.

82

DizAjN U SlUŽBi ODrŽiVe AMBAlAŽe

kako prethodni tekst pokazuje, prošlo je vreme kada je jedina funkcija prehrambene ambalaže bila da očuva hranu i da eventualno privuče pažnju kupaca primamljivim izgledom. Ovo drugo je svakako i dalje važno – pa ipak, danas dizajneri žele da budu neprevaziđeni u pravljenju ambalaže koja je izuzetno funkcionalna i prirodna u isto vreme. zahvaljujući naporima u tom pravcu, količina prehrambene ambalaže koja se pravi od recikliranog papira je u porastu i veoma je tražena za pakovanje bio proizvoda. ipak, istraživači upozoravaju da ovi reciklirani materijali mogu sadržati ostatke mastila i samim tim i štetna mineralna ulja. zbog toga, kao i zbog bezbednosti hrane, mora se postaviti tanak zaštitni sloj između recikliranog papira i hrane koja se u njega pakuje.

„Pametna boca“ takođe može izgledati impresivno na rafovima u prodavnicama, što omogućava prelaz od tradicionalnih

krutih posuda ka fleksibilnim kesicama za pakovanje. Pravi se od fleksibilnih filmova. koristi ravne, čvrste zaptivke na uglovima da bi se obezbedila krutost, što pomaže očuvanju oblika ambalaže. konfiguracija nudi ambalažu koja je potpuno ravna pre punjenja i koja smanjuje otisak odlaganja kada se njen sadržaj isprazni.

Umetnost dizajniranja ambalaže takođe podrazumeva etikete i štampu. Opasne, uljane boje sve više se zamenjuju vodenim bojama koje ne štete životnom okruženju. U dizajnu etiketa doći će do pravog napretka sa pojavom prvih pokretnih slika na ambalaži. Da li to zvuči futuristički? Nekoliko grupa naučnika radi na takvom rešenju i ambalaža sa pokretnim slikama već je korišćena u probnim projektima. razlog zbog kog je i dalje nema u radnjama jeste to što je nijedan proizvođač ne koristi pošto je i dalje veoma skupa.

Da li znate?Japan je vodeći u oblasti prehrambene ambalaže: u toj zemlji nastale su mnoge vrste ambalaže koje osvajaju nagrade za dizajn. U Japanu se za ambalažu često koristi bambus i druge vrste materijala biljnog porekla, a čak i njihovi tanjiri i štapići za jelo su u većini slučajeva napravljeni od bambusovog vlakna. Japanci prednjače ne samo u upotrebi materijala već i u tehnologiji. Jedan od njihovih najvažnijih pronalazaka jeste sistem konzervisanja putem zamrzavanja uz očuvanje vrhunske svežine (Ultra-Freshness Preservation Freezing System), koji se koristi za pakovanje sirove ribe. Sistem brzog zamrzavanja koristi naizmeničnu i jednosmernu struju, veliki „električni potencijal“, za istovremeno brzo hlađenje proizvoda bez oksidacije, smanjujući tako veličinu kristala leda koji se stvaraju i ćelijama hrane.

•

83

NAUkA zAMrzAVANjA

Veličina ledenih kristala koji se stvaraju tokom procesa zamrzavanja, u velikoj meri određuje kvalitet zamrznute hrane jer veliki kristali oštećuju zidove/membrane ćelija tako da se posle odmrzavanja hrana ne vraća u svoj prvobitni oblik. Mali kristali manje su štetni. Veličina kristala koji se stvaraju tokom zamrzavanja – ili tokom taloženja iz rastvora – zavisi od brzine dva procesa: formiranja nukleusa i brzine rasta kristala. Ukoliko je prvi proces brz, a drugi spor, stvara se mnogo malih kristala, ili čak onih mikroskopske veličine, dok se u suprotnom formira nekoliko velikih kristala – u prirodi postoje ogromni kristali koji su teški nekoliko tona. Brzo hlađenje povećava brzinu nukleacije i stoga je brzo hlađenje povoljnije u tehnologiji hrane. Da bi se to uradilo, najbolji je tečni azot, koji može da ohladi hranu do –196°C.

Povećane količine biogenih amina takođe mogu ukazati na kvarenje hrane bogate proteinima. Biogeni amini nastaju iz amino kiselina (produkata proteinske hidrolize) kroz dekarboksilaciju tokom procesa fermentacije i kvarenja. Fermentisani proizvodi (poput sira i vina) uvek sadrže supstance koje su u velikim količinama toksične. Ukupna količina četiri glavna biogena amina – histamina, tiramina, putrescina i kadaverina (poslednji je „toksični otpad”) – ukazuje na kvarenje mesa. takva inteligentna ambalaža ili mala samolepljiva nalepnica već postoji i pokazuje povećan nivo ovih amina promenom boje, što znači da je meso pokvareno.

Fermentisani proizvodi (poput sira i vina) uvek sadrže supstance koje su u velikimkoličinamatoksične.

84

Nauka u kuhinjiinovacije nam olakšavaju život svakoga dana na mnogo načina. isto je i sa tehnologijom hrane koja se razvija kao i svaka druga oblast naših života. ishrana i spremanje hrane doživeće takve promene u narednim decenijama da nećemo ni znati šta nam je na tanjiru. ipak, to što je na tanjiru će moći da prepozna nas...

PAMetNA kUHiNjA, iNteliGeNtNi UređAji

razvoj kuhinjskih aparata, kao i svake druge oblasti, određuju potrebe ljudi, koje se menjaju. Želimo da provodimo manje vremena u pripremi hrane, ali takođe želimo da jedemo zdrave i hranljive obroke koji su i ukusni i dobro izgledaju. Osim toga, takođe bismo želeli da uživamo u kuhinjskim aparatima visoke tehnologije jer smo se na njih već navikli na drugim poljima. Oprema za kuhinju budućnosti pokušaće da dostigne ove ciljeve, što će nama izgledati fascinantno baš kao što su i naše bake bile zadivljene kada su prvi put videle frižider ili mikrotalasnu pećnicu.

kuhinje budućnosti ličiće na dobro opremljene laboratorije, sa senzorima kao pametnim uređajima koji će recimo prepoznavati naš glas kada uđemo u kuhinju, a svetlo će se automatski

paliti. Naša kuhinja znaće naše navike u ishrani i preporučivaće nam vrste jela, pića i opštu zdravu ishranu koju će nam možda predlagati naš hologramski glavni kuvar. Pomoću ekrana osetljivog na dodir biraćemo deo koji želimo da zagrejemo na ploči za spremanje hrane i sami ćemo proizvoditi svoje povrće kroz hidrofoniku, koja je zapravo „kuhinjska bašta“ bez zemlje.

Uređaji će moći da komuniciraju međusobno tako da, ukoliko odaberemo recept za goveđe pečenje u digitalnom kuvaru, pametni frižider će odmah početi sa programom odmrzavanja. kad smo već kod toga, inženjeri već planiraju frižidere o kojima bismo na prvi pogled mogli da pomislimo mnogo toga, osim da treba da stoje u kuhinji. takva jedinstvena

ideja je i koncept Bio robot frižider koji koristi specijalnu gelastu supstancu sposobnu da čuva i hladi hranu. Nesamo izgled već je i funkcionisanje frižidera koji je dobio nagradu za dizajn neobično jer nema motor ni ostalu tradicionalnu tehnologiju poput većine frižidera već poseban biopolimerski gel koji dovodi do hemijskog hlađenja. Da biste koristili frižider, vi zapravo gurnete hranu u njegov gel, koji nema miris i nije lepljiv, i ona se skladišti i hladi sve dok vam ponovo ne bude potrebna. rashladni agensi koji postoje u gelu su „bio roboti“ koji koriste za očuvanje hrane koriste luminescenciju – svetlo koje se stvara na niskim temperaturama. Uređaj uopšte ne koristi struju za hlađenje, a energija mu je potrebna samo za malu kontrolnu tablu.

85

SeDNite NA FriŽiDer!

zAjeDNičkA lekCijA iz kUVANjA i HeMije

Prstohvat soli, šaka pirinča – sigurno nećemo biti u prilici da čujemo ove izraze u kuhinji budućnosti, gde će se temperature precizno podešavati na pola stepena Celzijusa, a vreme kuvanja će se meriti u sekundama. to naravno ne znači da se moramo odreći zadovoljstva koje nam kreativnost i eksperimentisanje u kuhinji pružaju, i koje kuvanje čine umetnošću, već će kuvarima budućnosti biti na raspolaganju veoma različite procedure kuvanja koje će zahtevati skoro naučnu preciznost. Fizičke i hemijske procese koji se koriste u molekularnoj gastronomiji razvili su preduzimljivi kuvari i naučnici. Uskoro ćemo moći da kopiramo ove procese. Osnova novog načina za pripremanje obroka leži u tome što su poseban ukus i tekstura tih fantastičnih vrsta hrane napravljeni od sastojaka koji se hemijski razlažu na male delove pomoću posebnih tehnika i uređaja visoke tehnologije. Glavni koncept je da se kuvanje posmatra sa naučne tačke gledišta, ali kao svakodnevna aktivnost. rezultat je novo i inovativno iskustvo obedovanja. kao posledica ovoga mogu se pojaviti ekstremna jela poput pudinga od jabuke sa špagetama od borovnice, eksplozivne ćufte ili molekularni napitak od maline.

inženjeri kompanije BASF koji se bave plastikom napravili su i frižider budućnosti, koji je skoro isključivo sastavljen od specijalne plastike. zbog dobre obradivosti materijala, oblik koncept frižidera Coolpure 1.0 nije uobičajena kocka: to je dizajnerski predmet koji se može koristiti i za sedenje u kuhinji. Plastika ima dobar izolacioni kapacitet, te su stoga ovi frižideri uređaji koji štede struju.

86

GAStrONOMSke reFOrMe

termin molekularna gastronomija stvoren je kada se su se sreli fizičar Nikolas kurti (Nicholas kurti) i specijalista fizičke hemije erve tis (Hervé this). Specijalnost Nikolasa kurtija, koji je rođen u Mađarskoj bila je termodinamika i on je izveo mnoge eksperimente sa materijama na ekstremno niskim temperaturama. Bilo mu je žao što ljudi znaju više o unutrašnjoj temperaturi zvezda nego o unutrašnjoj

temperaturi sutlijaša, te je odlučio da upozna javnost sa naučnom stranom kulinarske umetnosti. Upravo on je i stvorio termin molekularna gastronomija, a on je i organizovao prvu konferenciju o molekularnoj gastronomiji. iskreno je verovao da se hemija i fizika ne mogu odvojiti od procesa u kuhinji. Stoga se zalagao da i kuvari učestvuju u naučnom obrazovanju na visokom nivou.

Ali kAkO i OD čeGA Se OVi SPeCijAliteti PrAVe?

Pored uobičajenih svakodnevnih sastojaka, kao što su povrće i voće, potrebne su i supstance koje menjaju taj redovan oblik i teksturu sastojaka. te supstance i osnovne procese molekularne gastronomije redovno koristi prehrambena industrija, iako je njihov izgled manje važan u ovom slučaju. U molekularnoj kuhinji, cilj je da jela budu neočekivana što znači da se njihov izgled i ukus na prvi pogled ne slažu. Da li biste probali špagete kad biste znali unapred da imaju ukus ribizli? ili, da li biste jeli kavijar kad biste znali da ima ukus vanile umesto očekivanog ribljeg ukusa?

Sada se možete upoznati i sa nekim od procesa molekularne gastronomije kojima se menja tekstura.

tokom ove metode, iz prirodnih sastojaka poput jaja ili soje

ekstrahuje se lecitin i koristi se za penušanje i aerifikaciju ne samo

u molekularnoj gastronomijiveć i u prehrambenoj

industriji.

Aerifikacija

emulgator pasta koja se proizvodi od životinjskih i biljnih masti često se koristi kao aditiv.

Pomoću ovog materijala, komponente koje se ne mogu mešati, mogu sekombinovati na koloidnom nivou,

te se postižnu neverovatan ukus i tekstura hrane.

Sferifikacija je tehnika putem koje se tečnost pretvara u gel. Postižu se dve

vrste rezultata: sporom gelifikacijom ceo materijal postaje želatin ili se stvaraju

kuglice ispunjene tečnošću. (Ovo drugo se odnosi na naziv: sferifikacija.) Alginat

koji se dobija iz algi i kalcijum-hlorida ima svojstva sferifikacije, jer te supstance

stvaraju jedinjenje koje nije rastvorljivo u vodi, i koje pravi sloj na površini kapljice

(rastvor alginata koji ima ukus i boju ubacuje se u rastvor

kalcijum-hlorida).

EmulzifikcijaSferifikacija

87

Metilgel, supstanca koja se dobija iz celuloze, koristi se za toplo penušanje sastojaka. Njegova glavna

osobina je da se iznad 60 stepeni Celzijusa dobro želatinizira, te će biti mekaniji tokom hlađenja. Stoga se

često koristi u prehrambenoj industriji za spremanje gotove hrane, dok se u

kulinarskoj umetnosti koristi kao adheziv.

Da bi se pomešali sirovi sastojci različitih polariteta, poput

ulja i sirćeta, efikasnija je ultrasonična homogenizacija od mehaničkog mešanja.

Oscilacija zvučnih talasa između 20 kHz i 10 MHz omogućava pokretanje

supstanci na molekularnom nivou, te se više komponenti, poput ulja i

sirćeta, mogu mešati da bi se stvorila savršena emulzija.

Nema sumnje da je najvidljiviji element molekularnog kuvanja potapanje u tečni azot. Na –196 stepeni Celzijusa, razne vrste prehrambenih proizvoda mogu se zamrznuti u tečnom azotu koji dovodi i do spektakularnog isparavanja. Na

primer, dovoljno je pomešati sastojke za sladoled, i on će odmah biti zamrznut

ukoliko preko njega sipamo tečni azot. Na ovaj način možemo brzinski

zamrznuti i meso kako bismo ga sačuvali.

Toplo penušanje

Ultrasonična homogenizacija

Tečni azot

88

Da li znate?čulo dodira takođe može uticati na percepciju ukusa. Isprobajte sami! Probajte malo sladoleda zatvorenih očiju, u isto vreme dodirujući rukom parče pliša: osetićete da je sladoled kremastiji. Onda protrljajte malo šmirgle među prstima dok probate. Da li imate osećaj da je tekstura sladoleda gromuljičava?

Ukoliko želite da isprobate molekularnu gastronomiju, možete nabaviti osnovna pomoćna sredstva pomoću kojih možete napraviti čudna jela. Recimo, pomoću „Kompleta za špagete“ možete napraviti špagete od bilo koje tečne supstance, pomoću „Kutije za kavijar“ takođe možete napraviti male šarene kuglice od bilo koje tečnosti.

• •

sAvEt!

SVetSki ŠAMPiON U MOlekUlArNOj PriPreMi HrANe

U današnje vreme, sve više i više poznatih kuvara koristi procedure molekularne gastronomije, ali upravo je Heston Blumental (Heston Blumenthal) dobio titulu „Najbolji kuvar na svetu“. U njegovom restoranu u engleskoj, gosti mogu da uživaju u specijalnim jelima kao što je hrskavi čistač nepca od zelenog čaja i limete, minjon od mariniranog lososa sa japanskim morskim travama i vanila majonezom, ili kaša od puža sa svežim, zelenim peršunom.

1

89

SVetSki ŠAMPiON U MOlekUlArNOj PriPreMi HrANe

HAjDe DA kUVAMO U VAkUUMU!

kulinarski procesi uglavnom počinju „na veliko“, što znači da se prvo primenjuju u velikim kuhinjama i restoranima, a za one kojima je kuvanje hobi postaju dostupni kasnije. isto je i sa spremanjem jela u vakuum kesama koje je sve popularnije, a koje su prvobitno koristili samo vrhunski kuvari kompanije Michelin, ali pošto je toliko praktično, brzo se proširilo i među običnim svetom. Pomoću ove procedure spremaju se ukusni i zdravi obroci koji mogu da se održe i nekoliko nedelja. Ova metoda podrazumeva da se sastojci – meso, iznutrice ili povrće – pakuju u vakuumske kese i kuvaju u vodi relativno dugo, do 72 sata, na niskoj, stalnoj temperaturi od

oko 60°C. Vakuum je važan jer odsustvo vazduha sprečava oksidaciju hrane, te ne menja boju, a ni aerobne bakterije koje su odgovorne za kvarenje ne mogu se razmnožavati u hrani.

Prednost kuvanja u vodi na niskoj i stalnoj temperaturi jeste u tome što voda može da prenosi toplotu na hranu polako ali konstantno, jer toplotu prenosi deset puta efikasnije od vazduha. Meso postaje ukusnije, jer se na 50 do 60 stepeni namirnice manje oštećuju toplotom, a u hrani ostaje i mast. Na kraju, što nije i najmanje važno, hranljivi sastojci, minerali, so i vitamini takođe ostaju u hrani. temperatura i vreme kuvanja su

naravno različiti za svaku namirnicu i uglavnom zavise od tačke topljenja masti i proteinskih svojstava. recimo, govedina se priprema 24 sata na 54,5 stepeni Celzijusa, ali za batake je potrebno 4–8 sati na temperaturi od 71 stepena.

Neke od namirnica koje se spremaju na ovaj način, poput povrća, mogu se odmah konzumirati, a meso je potrebno ispržiti u nekoliko kapljica zejtina. ipak, ukoliko želite da pojedete hranu kasnije, morate je ohladiti pomoću šok hlađenja nakon što je izvadite iz vode, što znači da se hrana naglo mora ohladiti na ispod 3 stepena. Nakon toga se hrana bezbedno može skladištiti na 21–40 dana.

činjenice i brojke

50% – kuhinje u kojima se koristi tehnika spremanja u vakuum kesama redovno štede 50% energije.

90

kAkO FUNkCiONiŠe 3D ŠtAMPAč zA HrANU?

3D štampači prave specijalne supstance koje se skladište u kaseti sloj po sloj, i koje se stapaju jedna sa drugom, na taj način praveći 3D predmete. 3D štampač za hranu radi po istom principu, jedina razlika je što se supstance u kaseti menjaju jestivim sastojcima poput ugljenih hidrata, proteinskih praškova i vitamina. Štampač stavlja te sastojke jedan na drugi sve dok jestiva hrana ne bude spremna.

Štampanje čokolade ili keksa više nije problem za kompanije koje se bave štampom hrane. Nedavno je poznati američki proizvođač kakao biskvita Oreo predstavio 3D štampanu verziju svojih proizvoda. Sada naučnici rade na stvaranju komplikovanije hrane, poput pice, gde testo mora da se ispeče tokom štapanja, a paradajz i drugi sosevi se stavljaju na testo nakon te procedure.

ODŠtAMPAj Mi rUčAk3D štampa je nova tehnologija koja može uticati na mnoge

segmente našeg života, pa ne zaobilazi ni kuhinju. Pogodna i brza metoda originalno je smišljena kako bi se proizveli delovi za prototipove dizajnirane na kompjuterima, a namenjenje za upotrebu u industrijskoj proizvodnji. tek kasnije, ovu metodu otkrila je i prehrambena industrija. iako mnogi ljudi čak i ne

razmišljaju o šniclama napravljenim na 3D štampaču,štampač za hranu mogao bi uskoro da postane

jedan od osnovnih uređaja u kuhinji.

91

Ali zAŠtO je tO tAkO reVOlUCiONArAN UređAj?

S jedne strane, može se zaustaviti bacanje hrane jer se sastojci u kasetama štampača ne kvare. U takvim „kasetama sa hranom“ nalaze se ugljeni hidrati, proteini, makro i mikro nutrijenti i vitamini u praškastom obliku. Njihov rok trajanja može biti i do 30 godina.

Druga velika prednost štampanja hrane je što omogućava zdravu, personalizovanu i raznovrsnu ishranu. recept se odmah može promeniti pritiskom na dugme u zavisnosti od korisnika, koji može biti starija osoba, trudnica, dete ili osoba na specijalnom režimu ishrane. Fokus ove nove kuhinjske tehnologije nije samo na komforu, već i na važnijem faktoru: ishrana se može personalizovati, te ljudi sa posebnim režimom ishrane mogu lakše zadovoljiti svoje potrebe.

Da li znate?Tehnologiju 3D štampanja hrane podržava i NASA, koja je sklopila ugovor sa jednom od kompanija za proizvodnju štampača jer je NASA imala problema da obezbedi odgovarajuće količine hrane astronautima na svemirskim stanicama.

•

Vi Ste ONO ŠtO jeDete

Ova stara izreka i dalje važi. Većina zagađivača dospe u naše telo putem onoga što konzumiramo, a hrana je takođe i izvor važnih (esencijalnih) hranljivih materija stoga je veoma važno šta jedemo. Najvažnija je raznovrsna ishrana. Važan deo zdrave ishrane je dovoljna količina hranljivih sastojaka neophodnih za funkcionisanje našeg tela, bez obzira da li su makronutrijenti (ugljeni hidrati, masti, proteini) ili mikronutrijenti (mikroelementi, vitamini, antioksidanti). Namirnice koje

unapređuju zdravlje – ili funkcionalne namirnice – takođe su inovativni prehrambeni proizvodi. jedna od prvih i i dalje najčešće prodavanih namirnica je jodirana so. (jod je takođe i esencijalni element za pravilno funkcionisanje tiroidne žlezde.) inovativne tehnike kuvanja imaju visoku hranljivu vrednost jer čuvaju aktivne zdrave sastojke hrane i stvaraju nove mogućnosti za integraciju supstanci koje štite zdravlje i našu hranu.

Ova stara izreka

i daljevaži.

92

SADrŽAj

Uvod 2,3

Urbano stanovanje 4,5

Budućnost vode – kako nauka može da utoli našu žeđ? 6-11

čist vazduh – pomoću naučnih metoda 12-19

Moderni gradovi budućnosti 20-31

Pametna energija 32,33

Hajde da preispitamo izvore energije 34-43

izvori svetlosti u budućnosti 44-55

Nove perspektive u transportu 56-67

Održivi lanac ishrane 68,69

kako nahraniti buduće generacije? 70-77

Pametna prehrambena ambalaža sutrašnjice 78-83

Nauka u kuhinji 84-91

93

beleške

94