ENERGETIKA I OKOLIŠ

Osnove energetike

EMISIJE U ENERGETICI

Kisele kiše

Svjedoci smo degenerativnih procesa u europskim šumama, uzrokovanih pojavom koju zovemo kiselim kišama. Kiselost kiša uzrokovana je povećanom količinom vodikovog iona H+ u otopini, koji je posljedica sljedećih

kemijskih procesa:

              HNO3  =>  NO3-   + H+  

             H2SO4 = > SO42- + 2H+ 

Emisije SOx i NOx pri energetskim transformacijama su glavni antropogeni izvor tih spojeva u atmosferi. Slika 1. pokazuje utjecaj koji sulfatni aerosoli imaju na sunčevo zračenje, te dobro pokazuju geografski raspored emisija SOx.

Slika 1. Geografska raspodjela utjecaja sulfatnih aerosola na sunčevo zračenje, W/m2

Djelovanje je emisija SOx regionalno, te koncentrirano u razvijenim zemljama, ali emisije se šire i preko nacionalnih granica malih zemalja, poput Hrvatske. Rješavanje problema kiselih kiša leži u smanjenju emisija SOx u energetskim transformacijama, na području zahvaćenih kontinenata. Potrebno je nadnacionalno djelovanje, ali ne i globalno.

Tehnologije za smanjenje emisija SOx su prvenstveno izbjegavanje korištenja fosilnih goriva s visokim udjelom sumpora, metode za DeSOx desumporizaciju kojima se pročišćavaju dimni plinovi, te financijske metode poput trgovanja emisijama, kojima se omogućuje minimizacija troška smanjenja emisija tržišnim alociranjem emisionih kvota.

Utjecaj na zdravlje

Lokalne emisije polutanata izazivaju zdravstvene probleme, često povećavajući rizik od kancerogenih oboljenja i za dva reda veličine, u područjima s velikim zagađenjem. Ponajprije to su emisije čestica, ozona, NOx, CO, ali i mnogih drugih spojeva, koji su nusprodukt energetskih transformacija, u prometu i energetici. Tako npr. prosječni Amerikanac ima šansu 1:100000 da oboli od raka kao posljedice zagađenja zraka, dok stanovnik velikih gradova živi s 20 puta većim rizikom, 1:5000, da tako oboli.

Zagađenje otpadnih voda, inače veliki problem za ljudsko zdravlje, nije primarno posljedica energetskih transformacija. Naime, iako se koriste velike količine vode u energetskim transformacijama, ipak je daleko značajniji utjecaj industrijskih procesa i korištenja vode u kućanstvima. Voda, kao jedan od osnovnih preduvjeta za život, može se smatrati da s energijom, predstavlja resurs, koji je čovječanstvo počelo koristiti u količinama koje nadilaze mogućnosti, te da će to biti jedan od glavnih tehnoloških pitanja XXI stoljeća.

Zagađenja bukom, vizualna zagađenja, zagađenje svjetlom, svjedoci smo novih oblika polucije, ili ih samo više primjećujemo, zahvaljujući značajno povećanom ekonomskom prosperitetu, koji onda postavlja i sve veće zahtjeve na kvalitetu života, često su posljedica energetskih transformacija, te o njima treba voditi računa.

Međutim, iako je šteta učinjena visokim stupnjem korištenja energije velika, korist u obliku povećane kvalitete života, produljenog života, povećane individualne slobode, je daleko veća. Iako se nulto rješenje, dakle demontiranje ljudske civilizacije, kao što zagovaraju najekstremniji predstavnici ekološkog pokreta, može smatrati ideološki konzistentnim, gledano iz pseudoobjektivne pozicije "ljudi kao samo jedna vrsta", nije realno za očekivati da će se dogoditi. S druge strane, moguće je mnogo učiniti na smanjenju zagađenja, uz mali direktni trošak, u isti mah povećavajući kvalitetu života ljudi, te smanjujući opterećenje na resurse. Kod traženja optimalnog kursa, nije moguće unaprijed odrediti odnose pojedinih faktora, nego treba tražiti optimum specifičan za određenu situaciju, uzimajući u obzir ekonomske, ekološke i socijalne faktore.

Kyoto protokol

The protocol, adopted by the 159 countries present, sets legally binding targets for cutting the emissions of six greenhouse gases—mostly pollutants caused by burning coal, oil and other hydrocarbon fuels—by an aggregate 5.2% from 1990 levels during the years 2008 to 2012. (članak iz The Economist)

United Nations Framework Convention on Climate Change

website - http://unfccc.int/2860.php

Konvencija i Kyoto Protocol: http://unfccc.int/resource/convkp.html

Konvencija tekst: http://unfccc.int/resource/conv/index.html

potpisnici: http://unfccc.int/resource/conv/ratlist.pdf potpisana i ratificirana: 189 zemalja (Hrvatska uključena u Aneks I) Aneks I - zemlje Zapada i tranzicije

Kyoto Protokol tekst: http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpeng.pdf

potpisnici: http://unfccc.int/files/essential_background/kyoto_protocol/application/pdf/kpstats.pdf Kyoto Protokol je stupio na snagu 16. veljače. Ratificiran od strane 156 zemalja (ali nisu Australija, Hrvatska, Kazahstan, Monaco, SAD i Zambija).

Potpisnici Protokola su se obavezale pratiti emisije stakleničkih plinova. Zemlje potpisnice Aneksa B Protokola su se obavezale smanjiti emisije u odnosu na baznu godinu, tijekom prvog budžetskog perioda 2008-12.

One zemlje koje to ne uspiju mogu nadokupiti dozvole za emitiranje više emisija od onih zemalja koje su smanjile više nego što su trebale (Emission Trading), ili mogu uložiti u projekte smanjenja emisija u drugim zemljama Aneksa B (Joint Implementation) ili zemljama koji nisu dio Aneksa (Clean Development Mechanism).

Slika 21. Očekivani trend emisije CO2 u Hrvatskoj i preuzete obaveze po Kyoto protokolu

Kyoto protokol - linkovi : The Kyoto Protocol on Climate Change - http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpeng.html

Beginner's Guide to the UNFCCC Convention on Climate Change - http://unfccc.int/resource/beginner.html

WEATHERVANE: climate change, global warming, The Kyoto Protocol, climate policy - http://www.weathervane.rff.org./

The Kyoto Protocol: The Realities of Implementation - http://www.weathervane.rff.org/features/feature027.html

RECORD BREAKING TEMPERATURES SEEN AS POSSIBLE EVIDENCE OF FASTER RATE OF GLOBAL WARMING - http://www.noaanews.noaa.gov/stories/s379.htm

Carbon Market News - http://www.noaanews.noaa.gov/stories/s379.htm

Still Wating for Greenhouse - http://www.john-daly.com/

Lomborg, The Skeptical Environmentalist - http://www.lomborg.com/

The Economist o promjeni klime i Kyoto protokolu: Hot air from Kyoto - http://powerlab.fsb.hr/OsnoveEnergetike/udzbenik/10_poglavlje/poglavlje10_final_files/Hot%20air%20from%20Kyoto.htm

Big business and global warming - http://powerlab.fsb.hr/OsnoveEnergetike/udzbenik/10_poglavlje/poglavlje10_final_files/Big%20business%20and%20global%20warming.htm

A fund for carbon traders - http://powerlab.fsb.hr/OsnoveEnergetike/udzbenik/10_poglavlje/poglavlje10_final_files/A%20fund%20for%20carbon%20traders.htm

Where to sink carbon - http://powerlab.fsb.hr/OsnoveEnergetike/udzbenik/10_poglavlje/poglavlje10_final_files/Where%20to%20sink%20carbon.htm

Zaključak

   •	Emisije u energetici i prometu, značajni su izvor lokalnih i globalnih emisija 
   •	Emisije uzrokuju zdravstvene probleme, kisele kiše i globalno zatopljenje 
   •	Kyoto protokol protiv globalnog zatopljenja - teško ostvarivo smanjenje emisije CO2 
   •	Racionalnim korištenjem energije u industriji i kućanstvima može se učiniti dosta na smanjenju emisije,
       ali ljudi se nisu spremni odreći životnog standarda 
   •	Nuklearna energija se ponovo pojavljuje kao realno rješenje, iako politički neprihvatljiva u mnogim zemljama,
       te skuplja od energije dobivene iz fosilnih goriva - Kyoto protokol kao izbor između globalnog zatopljenja i
       nuklearne energije 
   •	Za Hrvatsku je uz racionalno korištenje energije (gdje su neiskorištene mogućnosti velike), 
       vjerojatno najjeftinije rješenje dugoročni uvoz struje iz susjednih zemalja, te korištenje biogoriva.  

Klimatske promjene

Efekt staklenika

Sunčevo zračenje djelomično prolazi kroz atmosferu, a djelomično se od nje reflektira. Dio reflektiranog zračenja se apsorbira u atmosferi u stakleničkim plinovima. Najvažniji staklenički plin je vodena para, ali ona je dio prirodnog ciklusa vode, te nije u značajnoj mjeri posljedica ljudske djelatnosti. Staklenički plinovi, koji u atmosferu ulaze kao posljedica ljudske djelatnosti (antropogeni staklenički plinovi) su CO2, N2O, CH4, HFC, PFC i SF6. Ugljični dioksid (CO2), ili prema ispravnoj terminologiji, ugljik (IV) oksid, uglavnom nastaje izgaranjem fosilnih goriva. Didušični oksid (N2O), ili dušik (I) oksid, također nastaje pri procesima izgaranja, ali je značajniji izvor u raznim industrijskim procesima, te naročito u poljoprivredi. Metan (CH4) se ispušta u atmosferu prilikom rukovanja, proizvodnje, transmisije, prerade i distribucije fosilnim gorivima, ali i u poljoprivredi, enteričkom fermentacijom u domaćih životinja, te fermentacijom otpada. Preostala tri plina koriste se u industrijskim procesima, te iako se radi o malim količinama, imaju veliki utjecaj na efekt staklenika. Efekt staklenika je značajan mehanizam održanja temperature atmosfere, naime bez tih plinova temperatura bi bila 30oC niža, te postojeći život ne bi bio moguć.

Slika 2. Što je to efekt staklenika? Dio reflektiranog zračenja se apsorbira u stakleničkim plinovima (CO2, N2O, CH4, HFC, PFC, SF6). Značajan mehanizam održanja temperature atmosfere (bez tih plinova temperatura bi bila 30oC niža.

Promjena koncentracije CO2 i temperature

Danas je već sa sigurnošću poznato da se koncentracija ugljičnog dioksida značajno povećala tijekom posljednjeg stoljeća, te je gotovo sigurno da je to posljedica ljudske aktivnosti. Najznačajnija ljudska aktivnost koja ima za posljedicu emisije ugljičnog dioksida je izgaranje fosilnih goriva.

Slika 3. Promjena povjesne koncentracije CO2 mjerene u atmosferi od 1960, te u vječnom ledu od 1860.

Što je s promjenama temperature? Usrednjena globalna temperatura raste (Slika 4.), ali se taj indeks računa na bazi podataka iz meteoroloških stanica s nepoznatom točnošću podataka, te često stanica smještenih u gradovima. Usrednjena temperatura u SAD, gdje su mjerenja bilježena sa većom sigurnošću, raste manje značajno (Slika 5.). Mjerena temperatura troposfere (Slika 6.), dakle bez utjecaja mjernih nepreciznosti i gradova, ipak ukazuje na povećanje od najmanje 0.4 C.

Slika 4. Promjena globalne prosječne temperature

1880-2000 prema Goddard Institute (GISS):http://www.giss.nasa.gov/

Slika 5. Promjena prosječne temperature u SAD 1880-2000 prema Goddard Institute (GISS):http://www.giss.nasa.gov/

Slika 6. Promjena globalne prosječne temperature 1979-2003 mjerena iz NOAA satelita (GISS):http://www.giss.nasa.gov/

Da li postoji neka veza između promjene koncentracije ugljičnog dioksida i temperature? Slika 7. pokazuje usporedbu promjene koncentracije CO2 i prosječne globalne temperature tijekom posljednjih 150000 godina. Koncentracija CO2 dobivena je iz uzoraka antarkičkog leda, mjerenjem koncentracije u zaostalim mjehurićima zraka. Temperatura je rekonstruirana na temelju podataka o glacijacijama, te ciklusima flore i faune na zemlji u proteklih 150000 godina. Usporedba krivulja temperature i koncentracije CO2 vrlo uvjerljivo ukazuje na postojanje relacije, ali postavlja se pitanje koliko su ti podaci precizni.

Slika 7. Usporedba promjene koncentracije CO2 i prosječne globalne temperature tijekom posljednjih 150000 godina

Može se iz slike 7. primijetiti da postoje i prirodni izvori promjene koncentracije CO2 među ostalim i vulkanske erupcije. Zemlja je dinamički a ne statički sistem, dakle oscilacije su normalna i prirodna pojava. Međutim, sve je više vjerojatno da postoji dovoljno jaka veza između koncentracije CO2 i prosječne globalne temperature, da bi se moglo govoriti o globalnom zatopljenju kao posljedici ljudske aktivnosti.

Izvori emisije CO2

Emisije CO2, najvažnijeg plina koji utječe na efekt staklenika, uglavnom su posljedica energetskih transformacija, u kojima se izgaranjem goriva kemijska energije pretvara u toplinsku (koja se kasnije može koristiti direktno kao toplina ili za proizvodnju električne energije), ili u transportu, gdje se kemijska energija goriva pretvara u mehaničku energiju. Manji dio emisija dolazi iz industrijskih procesa, u kojima je ugljični dioksid nusprodukt, koji se gotovo redovno ispušta u atmosferu. Također, fosilna goriva sadrže manje količine ugljičnog dioksida, koji se prilikom vađenja iz zemlje, ispušta u atmosferu.

Što je s biomasom?

Izgaranje drva i biomase rezultira emisijama CO2, međutim, u slučaju da je drvna masa ili biomasa općenito, zamijenjena novim rastom, može se reći da je ugljični dioksid koji je ispušten u atmosferu, iz nje i izvučen, te da je proces obnovljiv. Zato se emisije biomase ne obračunavaju na isti način kao i fosilna goriva, nego se bilanca radi na ukupnoj količini CO2, koja je akumulirana u vegetaciji. U slučaju da korištenje biomase rezultira smanjenjem akumulirane količine CO2, tada se ne može govoriti o obnovljivosti biomase.

Izgaranje fosilnih goriva

Fosilna goriva su također nastala od biomase, ali je brzina njihovog nastanka zanemarivo mala, te je vezana na specifične geološke uvjete, tako da se dakle mogu smatrati neobnovljiva, u okvirima ljudske povijesti.

- nafta i njeni derivati (mazut, lož ulje, teško ulje, lako ulje, diesel, benzin, itd.) - ugljen - plin

1 kg C -> 44/12 kg CO2

1 t nafte ili ugljena s c=0.8 -> 44/12*0.8= 2.93 t CO2

Tablica 1. Potrošnja fosilnih goriva u svijetu, Evropi (uključuje i zemlje bivšeg SSSR-a) i Hrvatskoj 2002

mtoe - million tons of oil equivalent	Svijet	Evropa (EU15)	Hrvatska
nafta	3714	923 (599)	4.4
ugljen	2397	521 (217)	0.6
plin	2169	913 (350)	2.5

Struktura potrošnje fosilnih goriva

Tablica 2. prikazuje sistematizaciju tipova potrošnje fosilnih goriva prema djelatnostima. Međutim, da bi se sagledale mogućnosti smanjenja emisije CO2 bolje je razdijeliti potrošnju prema tehnološkom procesu. Kako je potrošnja fosilnih goriva u poljoprivredi, šumarstvu, ribolovu i građevinarstvu uglavnom posljedica korištenje mehanizacije, dakle motora s unutrašnjim izgaranjem, ima smisla te djelatnosti pripojiti prometu. Potrošnja fosilnih goriva u uslugama slična je potrošnji u kućanstvima (uglavnom grijanje).

Slika 15. Struktura potrošnje fosilnih goriva u Hrvatskoj 1995. godine

Slika 15. prikazuje udjele pojedinih tehnoloških procesa u potrošnji fosilnih goriva u Hrvatskoj, pa prema tome i emisiji CO2. Očito je da bi se u Hrvatskoj imalo smisla najviše djelovati na smanjenje emisije upravo u prometu, jer je tu najveći udio. Proizvodnja električne energije stvara manji dio emisije, iako joj se posvećuje najviše pažnje. To je stoga što za sada tehnologija ne omogućava veliki napredak u području smanjenja emisije CO2 u prometu.