Mogućnosti prirodnog prenosa energije

Danas se sve više govori o korišćenju obnovljivih izvora energije. Najraširenija dva sistema obnovljivih izvora energije u upotrebi su solarne i vetroelektrane. Oba sistema imaju svoje određene prednosti i nedostatke. Tehnološko unapređenje postojećih, posebno solarnih rešenja je komplikovano, i zahteva velike investicije, istraživačke timove. Naučno raspravljanje o dinamici fluida ostavlja mogućnost usavršavanja rešenja i na nivou pojedinca.

Pitanje životne sredine, u kontekstu CO₂, ali i održivog razvoja društva, je kompleksno i višedimenzionalno pitanje. Kada je u pitanju proizvodnja i snabdevanje električnom energijom, posebno sa aspekta velikih kompanija, gotovo je nemoguće posmatrati odvojeno od nacionalnih programa održivog razvoja. Kao deo tog problema, njegov je osnov energetski bilans svake zemlje, kroz koji se društva opredeljuju za izbor modaliteta proizvodnje i snabdevanja energentima, zacrtanih u nacionalnim planovima kao i ciljeva kojima društvo teži, uz određene mere podrške kako bi se nacionalni ciljevi ostvarili. CO₂ prepoznat je kao vodeći element koji stvara problem globalnog zagrevanja, efektom staklene bašte, čiji je problem, kao i modaliteti njegovog rešenja, prepoznat i utvrđen od strane UN.

Protokol iz Kyota, kao i njegov kasniji naslednik Pariški sporazum, predstavljaju krovne sporazume na globalnom nivou u oblasti životne sredine. Prvi sporazum, Kyoto protokol, nije bio obavezujući za države članice UN, pa tako i njegova ratifikacija, primena nije bila prihvaćena. Međutim, Pariški sporazum je obavezujući i zahteva od svih zemalja potpisnica da se pridržavaju plana za mitigaciju globalnog zagrevanja.

Potreba ljudi za energijom, neupitna je u današnjem, modernom društvu. Bez obzira da li se ona odnosi na ispunjenje poslovnih potreba, porodičnih, rekreacije, turizma, kulturnih događaja i sl. Izbor vrste izvora energije, kroz prizmu posmatranja njene proizvodnje i distribucije, preduslov je za efikasan, komforan i siguran život. Potrošnja energenata nas prisiljava na nus posledice, kao što su povećanje buke, povećanje emisije štetnih gasova i sl, što za posledicu ima dodatno stvaranje efekta staklene bašte i globalnog zagrevanja. Cilj kretanja održivog energetskog bilansa je direktno vezan za smanjenje negativnih posledica na životnu sredinu i zdravlja ljudi. Održivost kao pojam globalno prvi put se promoviše 1987. godine u studiji „Naša zajednička budućnost”, koja je rezultat rada Komisije UN za životnu sredinu i razvoj.

Autor Brown i dr. raspravljaju o održivosti u različitim sektorima, među kojima je i održivi razvoj društva i ekonomije. Jednu od definicija su dali i autor Martin i Schouten, koji definišu održivost kao sposobnost sistema da se permanentno unapređuje. U tipičnom danu potrošnja energije je najmanja noću kada ljudi normalno spavaju. Kad se ljudi probude, aktiviraju se i samim tim dolazi do povećavanja potrošnje energije, bilo da se radi o uključivanju rasvete i korišćenju drugih kućanskih aparata i uređaja, ili odlasku na posao. Potrošnja energije dostiže vrhunac oko podneva. Nakon toga se smanjuje tokom poslepodneva ili rane večeri. Osnovno je pitanje kako se servisi za snabdevanje i proizvodnju uravnotežuju (varijabilna potražnja). To je bio standardni dnevni obrazac desetinama godina.

Danas se taj obrazac menja zbog povećanja udela solarnih panela. Kako solarna energija postaje sve popularnija, tako raste i količina energije koju proizvode fotonaponski izvori. Ali, oni se gase sa zalaskom sunca. Kako bismo zadovoljili potražnju za električnom energijom, naročito tokom vršnog sata i velikog opterećenja, jedino rešenje je uključiti tradicionalne elektrane. Tradicionalne elektrane rade koristeći fosilna goriva, i nisu toliko „zelene“ koliko bismo želeli da budu.

Svima je poznato da je CO₂ najveći krivac za globalno zagrevanje planete. Međutim, prema nekim naučnicima, vodena para isto doprinosi globalnom zagrevanju, te se postavlja pitanje koliko vodena para doprinosi globalnom zagrevanju. Ako uzmemo u obzir da je vodena para količinski najzastupljeniji gas staklene bašte na Zemlji, postavlja se pitanje koliko ona uistinu doprinosi efektu staklene bašte.

Koristeći NASA satelitske podatke, istraživači mogu preciznije nego ikada proceniti učinak vodene pare na zadržavanje toplote. Prema nekim procenama učinak vodene pare na povećanje globalnog zagrevanja je dovoljno snažan da udvostruči zagrevanje klime uzrokovane povećanim nivoima CO₂ u atmosferi. To ni u kom slučaju nije zanemarivo.

Ako uzmemo u obzir međusobno delovanje vodene pare, CO₂ i drugih gasova koji zagrevaju atmosferu neizvesnost je još veća. Problem je što povećanje koncentracije vodene pare dovodi do viših temperatura koje zatim doprinose daljnjem još većem isparavanju vode. To je povratna sprega zagrejavanja i upijanja vode koja se spiralno povećava. Za očekivati je, da je zarobljena energija viša što se više približavamo ekvatoru. Dodatno se negativna povratna sprega povećava zagrejavanjem drugih gasova staklene bašte.

AIRS (The Atmospheric Infrared Sounder) je prvi instrument koji razlikuje podatke o količini vodene pare na svim visinama unutar troposfere. Koristeći podatke iz AIRS-a, naučnici su posmatrali kako je atmosferska vodena para reagovala na promene u površinskim temperaturama između 2003. i 2008. godine.

Određivanjem kako se vlaga menjala sa površinskom temperaturom, naučnici su mogli izračunati prosečnu globalnu snagu povratne veze vodene pare. Kako površinska temperatura raste, tako raste i atmosferska vlažnost. Iako je to za očekivati, kad uzmemo u obzir da je i vodena para gas staklene bašte, povećanje vlažnosti atmosfere pojačava zagrejavanje od CO₂.

Ako se Zemlja zagreje za 0,9°C, povezano povećanje vodene pare zarobiće dodatno 2 W energije po kvadratnom metru. Svi naučnici zastupaju mišljenje da je povratna veza vodene pare veoma jaka, sposobna udvostručiti zagrejavanje samo zbog CO₂.

Nedvosmisleno nas navodi na zaključak da će vodeći gas staklene bašte dodatno doprineti porastu temperature od nekoliko stepeni, a što se klime tiče, vodena para je veliki igrač u atmosferi i značajno doprinosi globalnom zagrejavanju.

Istovremeno svakodnevno sve više slušamo o obnovljivim izvorima energije, najčešće kao posledicu da savremena civilizacija pretpostavlja energiju kao jednu od najvažnijih potreba, koja nam je svakim danom sve potrebnija. U praktične svrhe možemo tvrditi da gotovo sva energija dolazi, na ovaj ili onaj način, manje ili više transformisana od Sunca.

Možemo lako izračunati da Sunce svaki sat emituje prema Zemlji količinu energije koju čovečanstvo potroši u jednoj godini. Očito, ima dovoljno energije da se smatra beskonačnom za ljudsku upotrebu i sve je to obnovljivo. U sadašnjoj situaciji sva energija koja je potrebna čovečanstvu, samo mali deo energije koji nam Sunce neprekidno daje je besplatno. Trenutno značajan udeo energije koju koristimo je fosilna, neefikasna, zagađujuća i ograničena, i samo je pitanje vremena kada će se ta „trenutna“ eksploatacija iscrpiti. Očigledno se kao izlaz iz trenutne energetske krize nazire u korišćenju obnovljivih izvora energije, koji su praktično beskonačni.

Aktivni promoter životne sredine je Evropska agencija za saradnju i razvoj (OECD), koja još od 90-ih godina prošlog veka promoviše potrebu pažnje na različite grupe zagađivača. Prvu grupu zagađivača čine CO₂ i emisije gasova koji utiču na klimatske promene, dok drugu grupu čine ozonske supstance koje direktno utiču na uništavanje ozonskog omotača.

Nadalje OECD deli treću grupu vezano za kvalitet vazduha (SOx i NOx), dok četvrtu grupu čine generatori otpada. Kao globalno najznačajnija je Bečka konvencija za zaštitu ozonskog omotača iz 1988. godine, a koja je ratifikovana od strane svih zemalja UN do 2009. godine.

Takođe od značaja je Protokol iz Montreala o upotrebi ozonskih supstanci koji je stupio na snagu 1989. godine.

Generalno sve indikatore prema njihovom uticaju možemo svrstati u četiri kategorije:

• emisija gasova,
• obnovljivi izvori,
• potrošnja resursa i
• otpad.

Podela se zasniva prema razmatranjima održivosti i mogućnosti primene u poslovnoj strategiji kompanija, uz primenu alata u menadžmentu kroz Balanced Scorecard.

Ovaj pristup u menadžmentu nastao je 90-ih godina prošlog veka, a njegov tvorac je Robert Kaplan, profesor sa Univerziteta Harvard. U prilagođenom Balanced Scorecard uključena su sva tri stuba održivosti, ekonomski, ekološki i društveni izbalansiranim pristupom, uz uzimanje u obzir sva tri stuba, kao i njihova korelacija. Nisu svi subjekti jednako sposobni da budu nosioci razvoja u podizanju nivoa i postavljanju novih standarda.

U svrhu dobijanja potpunije slike problematike iskorišćavanja obnovljivih izvora energije neophodno se osvrnuti i na problematiku iskorišćavanja tokova tekućih fluida, poput vode. Iako je lavovski deo te problematike još u prvoj polovini prošlog veka rešio i u praksi primenjivao Austrijanac Viktor Schauberger, danas se njegova tehnologija ne koristi. Ideje koje je Viktor Schauberger ostvario može se sa sigurnošću reći da su bile ispred njegovog vremena. Po zanimanju je bio šumar. Viktor Schauberger je veoma dobro poznavao oblast mehanike fluida. Tokom svog života i rada posebno ga je privukla mehanika fluida vode, te je provodio neizmerno mnogo vremena posmatrajući prirodu i virove u planinskim potocima Alpa.

Posmatranje prirode mu je omogućilo dubinsko razumevanje čovekovih pogrešnih tehničkih rešenja poput npr. elise koja je pogrešno dizajnirana. Dizajn elise podrazumeva ulaganje energije radi ostvarenja pogona, što je pogrešan pristup problemu.

Ptice se mogu mnogo štedljivije kretati nego ljudske mašine. To je poznato svakom jedriličaru, jer jedrilice su letelice bez vlastitog pogona. Ptice, za razliku od aviona, mogu iskoristiti energiju vetra za postizanje visine bez napora. Nešto što je avionima nemoguće, otpor vazduha znači obavezan pogon i ulaganje energije.

Danas ,za pogon avioni, prilikom leta, moraju ulagati energiju samo da bi se održali u vazduhu. Otpor vazduha kod svih aviona se jednostavno ne može izbeći jer se avioni održavaju u vazduhu pomoću kretanja vazduha oko krila. To znači da se avioni danas moraju kretati, što rezultuje u otporu vazduha tom kretanju. Kod elisnih aviona dodatni razlog je elisa. Orlovi koriste „vazdušne termike” da bi se bez napora popeli na velike visine. Svi piloti vazdušnih jedrilica znaju da orlovi kruže na najboljim termikama u području i zbog toga kada vide orlove žure tamo da iskoriste te termike.

Albatrosi i galebovi mogu satima pratiti brodove bez zamahivanja krilima, koristeći turbulencije prouzrokovane kretanjem broda, i samo bez zamahivanja krilima sedeći na tim turbulencijama, odnosno vetrovima vrlo energetski efikasno. Očigledno je da te životinje mnogo bolje poznaju mehaniku fluida od čoveka čija tehnička rešenja u sličnim situacijama neizostavno rezultuju u trošenju dragocene energije. Kao rezultat imamo današnju civilizaciju potpuno zavisnu od energije.

Slobodno možemo konstatovati da danas živimo u energetski rasipničkoj civilizaciji, u kojoj se velika količina energije koja se danas koristi dolazi iz fosilnih goriva koji su ograničeni. Povećanje udela iz obnovljivih izvora je samo delimično rešenje problema i kupovanje vremena dok se ne pronađu delotvornija rešenja. Nije teško zaključiti da današnja civilizacija gotovo isključivo koristi centrifugalne procese koji su iscrpljujući i uništavajući. To je osnovni razlog zagađivanja prirode. Nedirnuta priroda može opstati u potpunom balansu samo ako su implozijski procesi u većini. Da nije tako, sve bi odavno kolabiralo u energetskoj smrti. Energetska smrt trenutne civilizacije je neizbežna ako se nastavi energetski iscrpljivati planeta Zemlja. Poslednjih nekoliko vekova uticaj čoveka na prirodni bilans planete je blago rečeno katastrofalan.

Nećemo pogrešiti ako taj poremećaj pripišemo u velikoj meri isključivo primeni centrifugalnih odnosno „eksplozivnih“ tehnika, koje su nakon poslednjih nekoliko vekova obilnog korišćenja totalno iscrpele planetu. To danas nije tajna i sve više se govori o korišćenju obnovljivih izvora energije. Čak se i u međunarodnom nivou pokušava sve učiniti da se propisima i kaznama pokuša spasiti planeta od ekološkog kolapsa.

Vreme će pokazati da li je Viktor Schauberger bio u pravu kad je rekao da je za povratak zdravlja planete neophodno totalno promeniti čovekove aktivnosti. One su trenutno u raskoraku sa prirodom i treba stimulisati implozivne procese radi globalnog usaglašavanja energije sa prirodnim procesima. Šta to znači za naše razmatranje problematike povećanja energije koja je na raspolaganju čovečanstvu?

Mašine koje se danas koriste i koje su gotovo isključivo zasnovane na iskorišćavanju centrifugalne odnosno eksplozivne energije treba zameniti novim mašinama koje koriste uglavnom centripetalnu, odnosno implozivnu energiju. To bi uticalo na energetski bilans planete tako da bi se on sve više vraćao u normalu. Na konkretnom primeru iskorišćavanja energije vetra pomoću vetroelektrana koje trenutno rade kao centrifugalna mašina sa gubitkom energije radi npr. elise potrebno je konstruisati vetrogenerator bez elise koja će raditi na implozijskom principu. Isto vredi i za vodene turbine. Treba napustiti ideje elise odnosno propelera i konstruisati turbine koje će raditi na principu implozije. Samo tako će se početi vraćati prirodni balans i prosperitet planete. U tom slučaju dogovori, zakoni, ograničenje i kazne neće biti potrebni. To je pravi izlaz u trenutnoj ekološkoj krizi. Zaključak je da trenutnu ekološku krizu nije moguće rešiti bez napuštanja eksplozivnih tehnoloških rešenja i zamene implozivnim tehnološkim rešenjima.

Neki arheološki i fosilni ostaci nam pokazuju da je područje današnje najveće pustinje na svetu Sahare u prošlosti bilo zapravo prašuma. Amazonija nažalost ide sličnim putem. Saglasno tome, svetski rezervoar slatke vode se smanjuje, jer je zbog deforestacije na globalnom nivou sve manje šuma, a ekološka se ravnoteža sve više uništava. Mnogi su svesni tog problema, ali pojedinačni napori da se šteta sanira nisu dovoljni, iako su dobrodošli. Kako se svetske rezerve slatke vode smanjuju, pitka voda postaje sve skuplja. Cena pitke vode je sve viša. U mnogim zemljama sveta postoji hronična nestašica pitke vode pa se ona mora kupovati u trgovini. Uskoro će voda biti skuplja od vina. Pohlepa za brzim „sitnim“ profitom pokreće to globalno uništavanje. U budućnosti ćemo mi ili naši potomci morati platiti račun, ceh će biti vrlo veliki.

Iskorišćavanje obnovljivih izvora energije, potpuno je očigledno, kroz činjenicu da u trenutnoj energetskoj situaciji preorjentisanjem energetskog iskorišćavanja na obnovljive izvore energije, imamo šansu primenjivati konstrukciju opreme za sakupljanje energije da radi na principu sklada sa prirodom. U ekonomskom pogledu to je poželjno jer takva oprema za sakupljanje energije iz obnovljivih izvora konstruisana na centripetalnom principu po definiciji bi trebalo dati veću iskoristivost, a time i ekonomsku opravdanost, od postojeće opreme koja ne radi u skladu sa prirodom već za rad rasipa energiju na borbu sa prirodom. Umesto besplatnog klizanja orlova u termikama te na džepovima turbulencije poput albatrosa i galeba, rasipanje energije na borbu s turbulencijom, što trenutni centrifugalni sistemi koriste će neizostavno morati biti napušteni kao zastareli i nerentabilni. Energetsko iscrpljivanje planete centrifugalnim energetskim iscrpljujućim sistemima moraće biti zamenjeno konstrukcijom boljih planetarno energetski vitalizirajućih centripetalnih sistema.

To znači da će postojeća vetroelektrična postrojenja koja sadrže elisu, transmisiju i dodatnu mehaniku trebati konstruisati u skladu sa prirodom na centripetalnom odnosno implozijskom principu, koja će raditi bez elise transmisije i dodatne mehanike.

Upravljanje energetskim sistemima kroz prizmu rešavanja energetskog bilansa, odgovarajućom proizvodnjom električne energije sa aspekta njenog najmanjeg mogućeg negativnog aspekta na očuvanju životne sredine, složen je proces koji zahteva usklađivanja čitavog sistema proizvodnje i snabdevanja, ali i potrebnih tehnoloških unapređenja i inovacija, bez prepreka monopolista i administracija, kako bi se osigurala tendencija uslova za stvaranje održivog sistema upravljanja. Postoji potreba da se osigura održivo upravljanje energetskim sistemom, za koje je neophodno usvojiti nova rešenja i inovacije, te u tom cilju strategijom razvoja osigurati podršku i mere na državnom i lokalnom nivou, kako bi se prihvatila najbolja moguća rešenja.

Nuklearna energija

Nuklearna energija je izvor energije sa niskim nivoom ugljenika, čije su istorijske stope zagađivanja uporedive sa vetrom i suncem, ali o njenoj održivosti se raspravljalo zbog zabrinutosti oko radioaktivnog otpada, širenja nuklearnog oružja i nesreća. Činjenica je da se proizvodnja energije iz nuklearne energije smatra najčistijim oblikom energije iz neobnovljivih izvora energije.

Prilikom normalnog rada nuklearne elektrane zagađuju okolinu manje nego fotonaponske opreme ili oprema za sakupljanje vetra. Radi te činjenice mnogi naučnici svrstavaju nuklearnu energiju u energiju iz obnovljivih izvora. Ali, ako dođe do havarije, radioaktivnost se širi u životnu sredinu, šteta prilikom takvog zagađivanja je ogromna. I dok se incidenti i havarije u nuklearnim elektranama većinom skrivaju od javnosti, neke incidente, havarije u nuklearnim elektranama nije bilo moguće sakriti.

Nesreća na nuklearnoj elektrani Ostrvo tri milje bila je delimično topljenje reaktora nuklearne elektrane. To je najznačajnija nesreća u istoriji komercijalnih nuklearnih elektrana u SAD-u. Na međunarodnoj skali nuklearnih događaja od sedam stepeni ocenjuje se nivoom 5- nesreća sa širim posledicama.

Nuklearna nesreća koja se dogodila u reaktoru broj 4 u nuklearnoj elektrani Černobilj je nesreća koja je imala dalekosežne posledice. Ne samo da je radioaktivno zagadila veći deo Evrope, nego je verovatno imala za posledicu i raspad Sovjetskog Saveza. To je jedna od samo dve nuklearne nesreće ocenjene sa sedam, najveća ozbiljnost na Međunarodnoj skali nuklearnih događaja. Nije moguće statistički pronaći koliko je ljudi umrlo sledećih godina kao posledica te havarije.

Nuklearna katastrofa u Fukušimi bila je nuklearna nesreća 2011. godine u nuklearnoj elektrani Fukušima, Japan. Neposredni uzrok nuklearne katastrofe bio je potres i prorodna katastrofa cunami 2011, bio je to najjači potres ikada zabeležen u Japanu. Potres je izazvao snažan cunami, s talasima visokim 13-14 metara koji su oštetili nuklearnu elektranu. Rezultat je najteža nuklearna nesreća od Černobiljske katastrofe 1986. takođe klasifikovana kao nivo sedam na Međunarodnoj skali nuklearnih događaja.

Japan nije mogao sprečiti curenje radioaktivnosti u Tihi okean. Razne ekološke organizacije izveštavaju o katastrofalnim posledicama koje je ta radijacija imala na životinje severnog Pacifika. Radijacija je zbog Coriolisovog efekta i vrtložnog kretanja voda severnog Pacifika doprinela značajnom narušavanju zdravlja i pomoru ribe i životinja u severnom Pacifiku.

Najtipičniji primer obnovljivih izvora energije koji se ne koriste, ali bi trebalo je torijeva nuklearna elektrana. Sa tehnološke strane nuklearna energija se može dobiti koristeći druge hemijske elemente, kao npr. torij, koji je neuporedivo manje radioaktivan i vrlo siguran. Ali, torij ima jednu izuzetno negativnu osobinu. U torijevom reaktoru se iskorišćava radijacija i tom prilikom značajno smanjuje radioaktivnost goriva, pa se kao nus proizvod ne može proizvoditi nuklearno naoružanje.

Autor teksta: Prof. dr D. Škobalj, dipl.maš.inž.