01 Course Book 1

Knjiga/Book 1 Održive tehnologije Sustainable technologies

Editor Zoltan Zavargo Univerzitet u Novom Sadu Tehnološki fakultet Novi Sad, Srbija University of Novi Sad Faculty of Technology Novi Sad, Serbia

Što god zadesi Zemlju, zadesit će i njene sinove. Čovjek nije istkao mrežu života, on je tek jedna njena nit. Što god on čini mreži, čini to sam sebi. Dio svjedočanstva poglavice Seattlea 1854. godine

Ove knjige su nastale kao dio projektnih aktivnosti u okviru Tempus projekta Tempus 158989-Tempus-1-2009-1-BE-Tempus-JPHES “Creation of university-enterprise cooperation networks for education on sustainable technologies”, a namijenjena je za edukaciju inženjera iz prakse u području održivih tehnologija. Autori poglavlja su kreatori svojih ideja i oni u potpunosti odgovaraju za sadržaj.

The concept of sustainable means „meeting the needs of present generations without compromising the ability of future generations to meet their own needs.“ Sustainable development consists of three components: sociaty, environment and economy. In order to achieve the objectives of sustainable development all three components must be fullfilled simultaneously. The sustainable technologies are part of the whole sustainable concept. The linear model of development seems not to be sustainable. The results are exhaustion of the natural resources and waste accumulation. The Zero emission model, as the nature, predict the circulation of material flows and consequently reduce the emission of material and energy to a minimum, idella zero. It seems that Zero emission concept is the appropriate answer to sustainbilty. For this reason the Concept is descrebed at the begining, in the Chapter 1: Zero emission concept. In the next, Chapter 2, Environmental sustainability and industry, the issues are described in detail as well as the charecteristics of sustanable technolgies. We must keep in mind that sustainable technologies use less energy, fewer limited resources, do not deplete natural resources, do not directly or indirectly pollute the environment, and can be reused or recycled at the end of their useful life. In order to develop and keep sustainability it is essential to have an appropriate management system. This matter as well as Environmental risk assessment are also covered in this Chapter. In the process of developing sustainabilty the legislation is very important. If it is appropriate It can help and accelerate the process. The main features of legislation cof the 3 West Balcan’s countries (Serbia, Bosnia and Herzegovina and The Former Yugoslav Republic Macedonia) are covered in the next chapter: Legislation. In the next Chapter the technology aspect of sustainabilty is discussed. The Chapter covers issues like: Green chemistry, BAT, Air protection, Waste water treatment, Recycling, Solid waste management, Waste minimizationin and Energy consumption. The renewable energy resources play an important role developing sustainable technologies and sustainability in general. What are the main renewable energy resources and is it possible to replace fossil fuels with them? The 5

answers are given in the Chapter 5 Renewable energy resources. Main renewable energy resources: Energy of the environment, Geothermal, Wind, Solar energy and Bio renewable energy resources are covered. The sustainable society whole must be energy efficient, sustainable industry and sustainable technologies. What is energy efficiency, how to build energy efficiency system, how to reduce energy consumption, how to make process more efficient and what are the limits? The answers to these questions are given in the following 6 Chapter: Energy efficiency of the technology processses. The previous chapters will give answer to a question: what sustainable technologies are and how to approach it. The concept on sustainable technologies related to Food industry, Pharmaceutical and cosmetics, Chemical engineering and Material engineering are covered in the following chapters. Koncept održivog razvoja se zasniva na definiciji „zadovoljenja potreba sadašnjih generacija bez ugrožavanja mogućnosti da i buduće generacije zadovolje svoje potrebe“. Održivi razvoj se sastoji od tri komponente: društvo, životna sredina, ekonomija. Smatra se da se održivi razvoj može postići kada sve tri komponente istovremeno budu zadovoljene. Dosadašnji linearni model razvoja pokazao se neorživim. Rezultat ovakvog pristipa je iscrpljivanje resursa i nagomilavanje otpada. Model Nulte emisije, kao u prirodi, predviđa kružni tok materije i shodno tome smanjuje emisiju materije i energiju u okolinu na minimum, idealno nula. Koncept Nulte emisije izgleda kao pravi odgovor na održivost. Iz tog razloga ovaj Koncept opisan je na samom početku, u 1. Poglavlju. U sledećem, 2. Poglavlju, Ekološka održivost i industrija. Opisane su glavne karakteristike održive tehnologije. Moramo imati u vidu da održive tehnologije koriste manje energije, manje resursa, ne iscrpljuju okolinu, ni posredno ni neposredno ne zagađuju okolinu, i nakon korisnog životnog veka produkti se mogu ponovo upotrebiti ili reciklovati. U cilju izgradnje i obezbeđivanja održivost neophodnan je odgovarajućie karakteristike zakonodavstva Republike Makedonije, Bosne i Hercegovine i Srbije vezane za održivi razvoj dati su u sle­ dećem poglavlju. U sledećem poglavlju, opisani su tehničko-tehnološki aspekti održivosti. Poglavlje pokriva sledeće teme: Zelena hemija, BAT, Zaštita vazduha, Prerada otpadne vode, Upravljanje čvrstim otpadom, Minimizacija otpada i potrošnja energije. Važnu ulogu u realizaciji koncepta održivosti imaju obnovljivi izvori energije. Koji su glavni obnovljivi izvori energije i da li je moguće zamena fosilnih goriva obnovljivim? Odgovor na ova pitanja dati su u Poglavlju 5: Obnovljivi energetski resursi. Glavni obnovljivi izvori opisani su u ovom poglavlju: Energi-

6

je okoline, Geotermalna, solarna energija, energija vetra i bioobnovljivi izvori energije. Održivo društvo mora: biti energetsko efikasno, imati održivu industriju i održive tehnologije. Šta je energetska efikasnost, kako izgraditi energetsko efikasan system i smanjiti potrošnju energije, kako učiniti process energetsko efikasnijim? Odgovor na ova pitanja data su u Poglavlju 6: Energetska efikasnost tehnoloških procesa. Prethodna poglavlja ukazala sun a sve aspekte održivih tehnologija. U narednim poglavljima koncept održivih tehnologija primenjen je na Prehrambenu industriju, Farmaceutsku i kozmetičku industriju, Hemijsko inženjerstvo i Inženjerstvo materijala.

7

Predgovor Poboljšanje uslova i kvaliteta života stanovništva je jedan od glavnih zadataka svakog društva. Materijalna dobra su izuzetno značajna za održavanje egzistencije ali i kvaliteta života ljudi što je i osnovni uzrok potrošnje tih materijalnih dobara. Tako nastaju i povećane potrebe za sanaciju posljedica koje se pojavljuju zbog povećane potršnje. S druge strane, globalno, prisutan je trend neprekidnog porasta broja stanovnika, migracija, kimatskih promjena, korištenja poljoprivrednih sirovina u energetske svrhe, porast cijene energije te drugih sličnih pojava koje vrše pritisak na prirodne resurse, a naročito sve više oskudno zemljište. U 20 i 21. stoljeću se intenzivirao ukupan društveni i tehnološki progres u svim sferama ljudskog života. Kao posljedica pojavljuje se eksponencijalna potrošnja materijalnih dobara, a sa čijom proizvodnjom se crpe izvori iz prirode, koji su dio prirodnog, kulturnog i civilizacijskog nasljeđa. Uz crpljenje materijalnih dobara i povećanje potrošnje, pojavljuje se sve veće zagađenje zraka, vode i zemljišta, pa se zbog toga stvaraju rizici koji mogu dovesti do pogoršanja ukupnih uslova života. Izazovi klimatskih promjena, očuvanja energije i zaštite okoliša postaje sve kritičniji. Tako se pojavljuje potreba za smanjenjem uzročnika koji dovode do ovih pojava. Rješenja su definirana u održivim tehnologijama, održivim ekonomijama i održivom razvoju, što bi u krajnjem osiguralo održivost društva i njegovu budućnost. Globalno promatrano potrebno je eliminirati progresivno fizičko propadanje i uništavanja prirode i prirodnih procesa. Brojna istraživanja pokazuju da bi se stanje moglo poboljšati ako se potrebe stave u realne okvire i ako se društvo okrene održivim tehnologijama, novim materijalima te efikasnijem iskorištenju energije. Te nove tehnologije baziraju se na zaštiti okoliša, uz smanjenje zagađenja zraka, vode i tla na minimalnu mjeru. Osnovni smisao održivih tehnologija je zasnovan na podizanju svijesti savremenog društva o značaju da prirodu i okoliš ostavimo u još boljem stanju nego samo nasljedili. U tehničkom i operativnom smislu održive tehnologije su povezane ili uključuju tehnologije zaštite životne sredine, obnovljive izvore energije, energetsku efikasnost, ali i održivi životni stil. Obnovljivi izvori energije dolaze iz prirodnih izvora: energije sunca, vjetra, vode (kiša, plima), geotermalnih izvora, biomasa i drugih izvora koji su obnovljivi. S druge strane sve više je fokus na 9

energetsku efikasnost i smanjenje ukupne potrošnje energije različitim kreativno-inovativnim tehnološkim rješenjima. Primjena savremenih ekoloških tehnologija u industriji dovodi do značajnog smanjenja emisija. Međutim, valja uzeti u obzir i činjenicu da su ekološke tehnologije skupe i zahtijevaju dobro poznavanje tokova materijala i energije te u većini zemalja u razvoju, za te svrhe, su potrebni dodatni posticaji. S druge strane, regulatorni pristup je često „labaviji“ u nerazvijenim zemljama i zemljama u razvoju te ove zemlje, često, imaju manje strogu zakonsku regulativu. Industrijska proizvodnja ima za cilj proizvodnju materijalni dobara za zadovoljenje potreba ljudi i kao takva je najveći zagađivač životnog prostora. Pro­ izvodnja hrane, energije i lijekova, zatim odjeće i obuće, transportnih sredstava, sredstava za higijenu su najvažniji segmenti industrijske proizvodnje čije proizvode troši savremeno stanovništvo, pa su stoga i najveći zagađivači okoliša i životne sredine. U prvom planu potrebno je osigurati održivost u poljoprirednoj proizvodnji i proizvodnji hrane. Brojni parametri ukazuju da se vremenom prirodni resurse iscrpljuju i na taj način se smanjuju njihov potencijal, ne samo sadašnjim nego i budućim generacijama. Do sredine 20. stoljeća na raspolaganju je bilo 0,45 ha zemljišta (obradivog) po stanovniku, 1997. godine 0,25 ha, a 2050. godine predviđa se 0,15 ha. Krajem 20 i početkom 21. stoljeća problem je uočen i poduzimaju se aktivnosti na regionalnim i nacionalnim razinama kako bi se smanjio efekat izrabljivanja prirode u cilju povećanja materijalnog dobra. Kako bi se uspostavili brojni bilaterarni sporazumi, deklaracije, agende koje imaju za cilj očuvanje životnog okoliša, zemlje, zraka i vode, a posebno biološkog bio­ diverziteta. Neke alternativne tehnologije u proizvodnji hrane mogu biti značjane kao što su organska i integralna proizvodnja koje manje zagađuju okoliš od većine postojećih konvencionalnih tehnologija. Organska proizvodnja podrazumijeva eliminisanje hemijskih sredstava u proizvodnji (pesticidi, veterinarski ljekovi), zamjenu usjeva, korištenje prirodnog gnojiva i komposta, biološko suzbijanje štetnika itd. Osim toga organska proizvodnja bazirana je na filizofiji jedinstva čovjeka i prirode. Projekcija budućnosti treba biti bazirana na aktivnostima i projekatima koji grade okoliš na principima održivog ekonomskog razvoja ali i ekološke održivosti. Bazira se na planiranju industrijske proizvodnje, arhitekturi naselja i industrije, održivim površinama i održivoj poljoprivredi, a što uključuje sketor energije i vode. Održivi razvoj je proces promjena u organiziranju i reguliranju ljudskih nastojanja da mogu zadovoljiti svoje potrebe i težnje sadašnjih generacija, bez zatvaranja mogućnosti za buduće generacije, kako bi i one zadovoljile vlastite potrebe i nastojanja. Budući da je održivost dinamičan koncept, a ne statičko stanje, ona zahtijeva fleksibilnost u donošenju odluka i spremnost na modificiranje pristupa u skladu s promjenama u okolini, ljudskim potreba10

ma i željama ili tehnološkog napretka. Održive tehnologije koriste manje energije, ograničavaju korištenje prirodnih resursa i direktno ili indirektno ne zagađuju životnu sredinu. U tokovima materijala postavlja se zahtjev da se oni mogu ponovo upotrijebiti i iskoristiti. Ovi zahtjevi su bitni i za razvijene zemlje i zemlje u razvoju. Održive tehnologije mogu imati visku cijenu, ali i cijenu njihovog održavanja. Zbog toga je održivost tehnologije posebno značajna kao kriterij u procjenama korištenja pojedinih sirovinskih resursa u planiranju razvoja društva. Akutni problem prisutan u svijetu je uticaj zagađenja životne sredine na zdra­vlje ljudi. Brojne bolesti nastaju kako posljedica izloženosti ljudske populacije djelovanju tokičnih materija u životnoj okolini. Produkti zagađenja se mogu naći u zemlji, zraku i vodi, a u ljudski organizam dospijevaju putem hrane i zraka. Zbog toga održive tehnologije imaju jedan od značajnih uticaja prevencije nastajanja neželjenih oboljenja.

11

Sadržaj Content 1.

Koncept nulte emisije Zero emission concept

31

Emilija Fidančevska Jadranka Blaževska Gilev Radoslav Grujić Midhat Jašić Aleksandar Jokić Zoltan Zavargo 1.1

1.2

Održivi razvoj Sustainable development

32

Socijalna održivost Social Sustainability

33

Održivost okoline Environmental Sustainability

33

Ekonomska održivost Economic Sustainability

34

Održivi materijali Sustainable materials

35

Koncept nulte emisije i drugi koncepti održivosti Zero emission and other sustainable concepts

37

1.2.1 Koncept „Na kraju cijevi“ The End of Pipe concept

37

1.2.2 Koncept čistije proizvodnje Cleaner production concept

38

1.2.3 Koncept nulta emisija Zero emission concept

42

Proizvodi na bioosnovi Biobased products

44

Industrija sa nultom emisijom Zero emissions industries

45

Eko-industrijski park Eco-industrial Park

45

13

Metodologija koncepta nulte emisije Zero Emissions Methodology

47

Izgradnja industrijskog klastera Development of industrial clusters

47

Razvoj konverzionih tehnologija Conversion technologies development

48

Projektovani otpad Designed waste

48

Ograničenja Constraints 48 1.3

Cirkularna ekonomija Circular economy

49

1.4

Pitanja Questions 53

1.5

Pitanja/Odgovori Questions/Answers

53

1.6

Literatura References 54

2.

Ekološka održivost i industrija Environmental sustainability and industry

55

Ciklički održivi razvoj Cyclic sustainable development

56

2.1

Vineta Srebrenkoska Midhat Jašić Slobodan Sokolović Ramzija Cvrk 2.1.1 Uloga tehnologije The Role of technology 2.1.2 Karakteristike održivih tehnologija Sustainable Technology Characteristics

14

58 58

Minimiziranje potrošnje Minimizing Consumption

59

Održavanje potrebe stanovništva Maintaining human needs

59

Minimiziranje negativnih uticaja na okolinu Minimizing the negative impact on the environment

59

2.1.3 Okviri za održivu industriju A framework for a sustainable industry

61

2.1.4 Procena životnog ciklusa Life cycle assessment

62

2.1.5 Ekološki otisak Ecological footprint

68

Ugljenični otisak Carbon footprint

68

2.1.6 Odabir materijala za eko-dizajn Selecting materials for eco-design

69

2.1.7 Održiva proizvodnja hrane Sustainable food production

70

2.1.8 Zaključci Conclusions 71 2.2

Upravljanje okolinom Environmental management

72

Mitar Perušić Husjein Keran 2.2.1 Serija standarda ISO 14000-nastanak i razvoj ISO 14000 series

73

Karakteristike ISO 14000 ISO 14000 caracteristics

74

Standardi serije ISO 14000 ISO 14000 standards

74

Dokumentacija ISO 14001 i njegova integracija sa ISO 9001 Documents of ISO 14001 and ISO 9001 integration

77

2.2.2 Studija slučaja-ISO 14000 kao osnova za nastanak novog međunarodnog standarda Case study-ISO 14000 as a base for development of new international standard Uvod u pojam energetske efikasnosti Introduction to energy efficiency

87 87

15

Osnovni model i svrha standarda ISO/DC 50001 Basic model and purpose of ISO/dc 50001

88

Zahtjevi ISO/DC 50001 ISO/DC 50001 requirements

89

2.2.3 Zaključak Conclusion 90 2.3

Upravljanje ljudskim resursima Human resuorces management

91

Mitar Perušić Husjein Keran 2.3.1 Planiranje ljudskih resursa Human resuorces planning

92

2.3.2 Kompetencije Competences 93 2.3.3 Motivacija i kreativnost Motivation and creativitiy

95

2.3.4 Obuka Training 96 Identifikacija potreba za obukom Identification of training needs

96

Odabir polaznika Selection of participants

96

Metode obučavanja Methods of training

96

Priprema obuke Preaparation of training

97

Provedba obuke Implementation of training

97

Kontrola obučenosti polaznika Control of succes of training participants

98

Audit ljudskih resursa Human resuorces audit

98

Kompenziranje i nagrađivanje Compensation and awarding

16

103

2.3.5 Zaključak Conclusion 103 2.4

Šta je to menadžment promijena? What is change management?

104

Katrin Müller 2.4.1 Pristupi Approaches

2.5

105

Organizacijski menadžment promjena Organisational Change Management

105

Individualni menadžment promjena Individual Change Management

108

Zašto je potreban organizacijski menadžment promjena? Why is organizational change management necessary?

108

Procjena okolišnih rizika Environmental risk assessment

109

Midhat Jašić Radoslav Grujić Drago Šubarić Vedran Stuhli 2.5.1 Koncept procjene okolišnih rizika Concept of environmental risk assessment Opasnosti i rizici Hazards and risks 2.5.2 Sastavnice analize rizika The components of risk analysis

111 112 114

Procjena rizika Risk Assessment

114

Upravljanje rizikom Risk Management

115

Komunikacija u vezi rizika Risk comunication

119

2.5.3 Faze u realizaciji procjene okolinskih rizika Stages in the implementation of environmental risk assessment 119 Formuliranje problema The problem Formulation

122 17

Identifikacija opasnosti: izvor – put – receptor Hazard identification: source – path – receptor

123

Procjena ispuštanja zagađenja Assessment of pollution discharges

124

Karakterizacija opasnosti Hazards characterization

125

Procjena izloženosti Exposure assessment

126

Procjena mogućih posljedica Assessment of the possible consequences

127

Procjena i karakterizacija rizika Assessment and risk characterization

128

2.5.4 Ocjena rizika Risk assessment

133

2.5.5 Koristi od procjene okolišnih rizika Utilisation of environmental risks assessments

136

2.6

Zaključci Conclusion 139

2.7

Pitanja Questions 140

2.8

Pitanja/Odgovori Odgovori/Answers

140

2.9

Literatura References 141

3.

Legislativa Uporedna studija legislative iz oblasti zaštite životne sredine i održivog razvoja u Makedoniji, Bosni i Hercegovini i Srbiji Legislation A comparative study of legislation in the field of environmental protection and sustainable development in The Former Yugoslav Republic Macedonia, Bosnia and Herzegovina and Serbia

147

Mile Klašnja 3.1

18

Mreže propisa o problematici zaštite okoline i održivog razvoja u svakoj od zemalja Regulation on the issue of environmental protection and sustainable development in each country

148

3.1.1 Propisi u zakonodavstvu Makedonije The regulations in the legislation of the Former Yugoslav Republic of Macedonia

149

3.1.2 Propisi u zakonodavstvu Bosne i Hercegovine The regulations in the legislation of Bosnia and Herzegovina

151

Propisi u zakonodavstvu Federacije Bosne i Hercegovine The regulations in the legislation of The Federation of Bosnia and Herzegovina

151

Propisi u zakonodavstvu Republike Srpske The regulations in the legislation of The Republika Srpska

152

3.1.3 Propisi u zakonodavstvu Srbije Regulations in the legislation of Serbia 3.2

Uporedna studija Analiza sličnosti i razlika u glavnim rešenjima legislative o zaštiti životne sredine i održivom razvoju u Makedoniji, Bosni i Hercegovini, i Srbiji A comparative study of legislation in the field of environmental protection and sustainable development in The Former Yugoslav Republic Macedonia, Bosnia and Herzegovina and Serbia 154

3.2.1 Identifikovanje propisa koji čine okvir i bazu zakonodavstva o zaštiti životne sredine i održivom razvoju Identification of the regulations that form the framework and the base of the legislation on environmental protection and sustainable development 3.3

152

Razmatranje strukture propisa i glavnih rešenja problematike u osnovnom propisu/osnovnim propisima The structure of regulations and major solution

154

156

3.3.1 Osnovni propisi Makedonije o zaštiti životne sredine The Former Yugoslav Republic Macedonia basic regulations in the field of environmental protection

156

3.3.2 Osnovni propisi Federacije BiH o zaštiti životne sredine The Federation of Bosnia and Herzegovina basic regulations in the field of environmental protection

159

3.3.3 Osnovni propisi Republike Srpske o zaštiti životne sredine Serbian Republic basic regulations in the field of environmental protection

160

19

Osnovni propisi Srbije o zaštiti životne sredine Serbia basic regulations on environmental protection

162

3.3.4 Analiza sličnosti i razlika u glavnim rešenjima problematike Analysis of the similarities and differences in the major problem solutions

166

3.3.5 Načela zaštite životne sredine Principles of Environmental Protection

166

3.3.6 Poglavlja zakona o zaštiti životne sredine Chapters of the Laws on Environmental Protection

169

3.3.7 Članovi iz poglavlja o proceni uticaja na životnu sredinu Articles on environmental impact assessment

173

3.3.8 Članovi iz poglavlja o integrisanoj dozvoli Articles on integral permit

178

3.4

Zaključak Conclusion 183

3.5

Literatura References 183

4.

Održive tehnologije Sustainable technologies

185

Zelena hemija i čiste tehnologije Green chemistry and clean technologies

186

4.1

Kiril Lisičkov Stefan Kuvendziev 4.1.1 Osnovni koncept zelene hemije The idea of green chemistry

186

4.1.2 Ciljevi zelene hemije: Cena otpada Objectives for Green Chemistry: The Costs of Waste

187

4.1.3 Smanjenje: Srce Green hemiju Reducing: The Heart of Green Chemistry

188

4.1.4 Zelena hemija u životnom ciklusu proizvoda Green Chemistry in the Lifecycle of a Product

188

4.1.5 12 Principa zelene hemije The 12 principles of green chemistry

188

4.1.6 Zeleno procesno inženjerstvo Green process engineering

189

20

4.1.7 Zeleni rastvarači – koristi se u procesnom inženjerstvu Green solvents – application in process engineering

190

4.1.8 Odabrani primeri za primenu zelenog hemijskoj laboratoriji i industrijskim uslovima The selected examples for implementing of green chemistry in laboratory and industry

190

4.1.9 Čiste tehnologije Clean technologies

192

4.2

Najbolje dostupne tehnike Best available techniques

194

Ana Tomova Perica Paunović Aleksandar Dimitrov 4.2.1 Osnovne informacije za tretman otpada Basic information for waste treatment

194

4.2.2 Najbolje dostupne tehnike (BAT) Best availabvle techniques (BAT)

196

4.2.3 Uopšte o BAT Generic BAT

197

4.3

Upravljanja zaštitom životne sredine Environmental Management

197

Ulaz otpada Waste in

198

Izlaz otpada Waste out

200

Upravljanje komunalnim sirovinama Management of municipal raw

201

Skladištenje i prerada Storage and processing

202

Prečišćavanje otpadnih voda Waste water treatment

205

Emilija Fidančevska Milosav Miloševski 4.3.1 Karakteristike kvaliteta vode Characteristics of water quality

206

21

4.3.2 Karakteristike otpadnih voda Characteristics of waste water

206

4.3.3 Industrijske otpadne vode Industrial waste water

206

4.3.4 Prečišćavanje otpadnih voda Waste water treatment

207

4.3.5 Dodatna obrada otpadnih voda Additional waste water treatment

207

4.3.6 Tretman mulja Sladge treatment

208

4.4

Zaštita vazduha Air protection

209

Vineta Srebrenkoska Sanja Spasova 4.4.1 Izvori zagađivanje vazduha Sources of air pollution

210

Čestice u atmosferi Particles in the atmosphere

211

4.4.2 Hemijske reakcije u atmosferi Chemical reaction in the atmosphere

213

Ugljen monoksid (CO) Carbon monoxide (CO)

213

Azotni oksidi (NOx) Nitrogen Oxides (NOx)

214

Isparljiva organska jedinjenja (VOC) Volatile Organic Compounds (VOCs)

214

Sumpor dioksid (SO2) Sulfur Dioxide (SO2) 215 Industrijski i fotohemijski smog Industrial and photochemical smog

216

4.4.3 Zagađenje vazduha u zatvorenom prostoru Indoor air pollution

216

4.4.4 Dimni gasovi sagorevanja biomase Flue gas from combustion of biomass

217

22

4.5

Recikliranje Recycling 218 Dijana Spaseska

4.5.1 Materijali za reciklažu Materials for Recycling

4.6

219

Industrijski otpad Industrial waste

220

Opasan otpad Hazardous materials

220

Koraci u reciklaži Steps for recycling

220

Upravljanje čvrstim otpadom Solid waste management

221

Vineta Srebrenkoska Saška Golomeova Silvana Krsteva 4.6.1 Opšta klasifikacija čvrstog otpada General classification of solid waste

222

4.6.2 Uticaj čvrstog otpada na životnu sredinu Solid waste impact on the environment

224

4.6.3 Savremeni pristup upravljanju čvrstim otpadom Advanced approach to solid waste management

224

4.6.4 Minimiziranje otpada Solid waste minimization

225

4.6.5 Ponovna upotreba proizvoda Re- use – use an item more than once

226

4.6.6 Reciklaža i kompostiran Recycling and Composting

226

4.6.7 Energija dobiijena iz čvrstog otpada Energy recovery

227

4.6.8 Odlaganje na deponije Landfilling 227 4.7

Pitanja Questions 229

23

4.8

Pitanja/Odgovori Questions/Answers

229

4.9

Literatura References 231

5.

Obnovljivi energetski resursi Renewable energy resources

235

Milorad Cakić 5.1

Energija Energy 235

5.2

Izvori energije Energy sources

237

5.2.1 Energija okoline Energy of the Surroundings

240

5.2.2 Geotermalna energija Geothermal energy

240

Prednosti i nedostaci geotermalne energije Benefits and disadvantages of geotermal Energy

245

Korišćenje geotermalne energije The use of geothermal energy

246

Geotermalna energija u zemljama WB Geothermal Energy in WB Countries

252

5.2.3 Energija vetra Wind energy Proračun dobijene snage Calculation of obtained power

254

Korišćenje energije vetra Using of Wind Energy

255

Korišćenje energije vetra u Zemljama WB Using of Wind Energy in WB Countries

257

Prednosti i nedostaci energije vetra energije Advantages and disadvantages of Wind Energy

258

Proizvodnja električne energije snagom vetra Production of electricity from Wind Energy

258

5.2.4 Energija sunca Solar Energy 24

253

261

Sunčeva energija i njena transformacija u toplotnu i električnu energiju Transformation of Solar Energy to Electricity and Heat

262

Pretvaranje Solarne energije u električnu Fotonaponske ćelije Electricity from solar energy Photovoltaic 269 Prednosti i nedostaci Solarne energije Advantages and disadvantages of Solar Energy

277

Korišćenje energije Sunca u Zemljama WB Using of Solar Energy in WB Countries

277

5.2.5 Bioobnovljivi izvori energije Biorenewable energy resourses

278

Vlada Veljković Olivera Stamenković Biodizel Biodiesel 279 Sinteza biodizela Biodiesel synthesis

279

Načini izvođenja metanolize ulja Methods of performing oil methanolysis

281

Proces dobijanja biodizela The process of biodiesel production

289

Prednosti i nedostaci primene biodizela The advantages and disadvantages of biodiesel usage

289

Uslovi za proizvodnju biodizela u zemljama WB The biodiesel production in the WB countries

290

Bioetanol Bioethanol

293

Dobijanje bioetanola Bioethanol production

294

Dobijanje anhidrovanog etanola Production of anhydrous ethanol

301

Prednosti i nedostaci primene bioetanola Advantages and disadvantages of bioethanol usage

304

25

Uslovi za proizvodnju bioetanola u zemljama WB Bioethanol production in the WB countries

305

Biogas Biogas 308 Dobijanje biogasa Biogas production

308

Prečišćavanje biogasa Biogas purification

316

Industrijski procesi proizvodnje biogasa Industrial processes for biogas production

318

Prednosti i nedostaci upotrebe biogasa Advantages and disadvantages of biogas usage

321

Uslovi za proizvodnju biogasa u zemljama WB Biogas production in the WB countries

322

5.3

Pitanja Questions 324

5.4

Pitanja/Odgovori Questions/Answers

325

5.5

Literatura References 329

6.

Energetska efikasnost tehnoloških procesa Energy efficiency of the technology processes Zoltan Zavargo

6.1

Energetski i materijalni bilans Energy and material balance

6.1.1 Materijalni bilans Material balance

26

333

334 335

Tipovi procesa Types of process

335

Totalni i komponenti materijalni bilans Total and component material balance

337

Broj nezavisnih bilansa i stepen slobode Number of independent balances and degree of freedom

338

Osnov i jedinice Basis and units

340

Dijagrami Diagrams 340 Procedura Procedure 340 Inertne komponente Inert components

341

Procesi sa reciklom Processes with recycle

343

Tipovi problema Types of problems

349

6.1.2 Energetski bilans Energy balance 6.2

Termička izolacija Thermal insulation

349 353

6.2.1 Tipovi izolacionih materijala Types of insulation materials

355

6.2.2 Karakteristike izolacionih materijala Charcteristics of insulation materials

356

6.2.3 Ekonomična debljina izolacije Economical thickness of insulation

362

6.3

6.4

Merenje energetske efikasnosti Measuring Energy efficiency

363

Energetska efikasnost Energy efficiency

363

Koeficijent korisnog dejstva ciklusa Thermal efficiency

364

Koeficijent korisnosti COP – coefficient of performance

365

Kotlovi Boilers 366

6.4.1 Tipovi kotla Boiler types Bubanjski kotlovi Shell boilers

367 367

27

Strmocevni kotlovi Watertube boilers

369

6.4.2 Goriva Fuels 370 6.4.3 Osnovne komponente kotla Bolier’s basic components

371

6.4.4 Uređaji neophodni za kontrolu i vođenja procesa u kotlu Boiler Fittings and Mountings

372

6.4.5 Tretman kotlovske vode Boiler’s water treatmen

373

6.4.6 Efikasnost kotlova Boliers efficiency

375

6.4.7 Merenje efikasnosti kotla Measuring boiler’s efficiency

376

6.4.8 Mogućnosti za uštedu energije Energy reduction opportunities

378

6.5

Parni sistemi Steam systems

383

6.5.1 Osobine pare Steam properties

385

6.5.2 Komponente parnog sistema Steam system components

387

6.5.3 Mogućnosti za uštedu Energy reduction possibilities

387

6.6

Uređaji za hlađenje Cooling systems

388

6.6.1 Sistemi sa kompresijom pare Vapour compresion systems

388

6.6.2 Apsorpcioni sistemi za hlađenje Absorption cooling system

391

6.7

Klimatizacija Air conditioning

6.7.1 Sistemi sa jednom zonom Singlezone system

28

394 395

6.7.2 Sistemi sa više zona Multizone systems

396

6.7.3 Mogućnosti za uštedu Energy reduction possibilities

398

6.7.4 Uređaji za kondicioniranje jedne prostorije Units for single space conditioning

399

6.8

Toplotne pumpe Heat pumps

6.8.1 Toplotni izvori Heat sources

400 401

6.8.2 Energetska analiza ciklusa toplotne pumpe sa kompresijom pare Energy analysis of vapour compresion heat pump cycle 403 6.9

Komprimovani vazduh Compressed air

405

6.9.1 Izvori gubitaka Sources of losses

406

6.9.2 Mogućnosti uštede Energy reduction possibilities

407

6.10

Sistemi za osvetljenje Light systems

408

6.10.1 Efikasnost Efficiency 409 6.10.2 Svetlosni izvori Light sources

409

6.10.3 Mogućnodti za uštedu Energy reduction opportunities

409

6.11

Toplotni razmenjivači Heat exchangers

410

6.11.1 Toplotni bilans u toplotnom razmenjivaču Heat balance of heat exchangers

412

6.11.2 Efikasnost toplotnih izmenjivača Heat exchanger efficiency

412

6.11.3 Mogućnosti za uštedu Energy reduction opportunities

413

29

6.12 Sušenje Drying 413 6.12.1 Osnovne definicije Basic definitions

413

6.12.2 Vlaga u vlažnom materijalu Moisture in wet material

415

6.12.3 Periodi sušenja Drying periods

416

6.12.4 Bilans mase Mass balance

417

6.12.5 Bilans energije Energy balance

418

6.12.6 Mere efikasnosti procesa sušenja Efficiency of the drying process

419

6.12.7 Mogućnosti za uštedu energije Energy reduction opprtunities

419

6.13

Uparavanje Evaporation 419

6.13.1 Jedostepeni uparivač Single stage evaporator

420

6.13.2 Višestepeni uparivači Multiple effect evaporation

422

6.14

Energetske rezerve procesa Energy reserves of the process

6.14.1 Kompozitna kriva Composite curve 6.15 6.16 6.17 6.18

30

423 426

Poboljšanje energetske efikasnosti Improving energy efficiency

428

Pitanja Questions

431

Pitanja/Odgovori Questions/Answers

433

Literatura References 434

1.

Koncept nulte emisije Zero emission concept Jadranka Blaževska Gilev Univerzitet „Sv. Kiril i Metodij” u Skopju, Tehnološko-metalurški fakultet, Skopje Republika Makedonija Emilija Fidančevska Univerzitet „Sv. Kiril i Metodij” u Skopju, Tehnološko-metalurški fakultet, Skopje Republika Makedonija Radoslav Grujić Univerzitet u Istočnom Sarajevu, Tehnološki fakultet Zvornik Bosna i Hercegovina Midhat Jašić Univerzitet u Tuzli, Tehnološki fakultet Tuzla Bosna i Hercegovina Aleksandar Jokić Univerzitet u Novom Sadu, Tehnološki fakultet Novi Sad Srbija Zoltan Zavargo Univerzitet u Novom Sadu, Tehnološki fakultet Novi Sad Srbija

The linear model of development seems not to be sustainable. The results are exhaustion of the natural resources and waste accumulation. The Zero emission model, as in nature, predicts the circulation of material flows and consequently reduces the emission of material and energy to a minimum, ideally zero. The amount of generated waste is minimum, because almost all flows are used. Besides environmental there is also economic benefit. The import of resources are minimum, local/regional resources are used efficently and new jobs are created. The problem of waste control and reduction, can be handled by three concepts. The first is End-of-Pipe pollution control technologies, the second is Cleaner Production concept and finally the Zero emission concept. „The end of pipe“ treatment or control of already generated waste while the Cleaner production involves the treatment of production needs more efficient use of resources by reducing pollution. The Zero emission concept, however, seems 31

to be the final solution to waste control and reduction. However, the limits of the previous two concept have to be known. In the final Zero emission solution the previous two concepts, especially Cleaner production, cannot be omitted. The Industry with zero emission, industrial clusters, eco-industrial parks and circular economy are given in the following part of the chapter as the practical impacts/benefits of the Concept. Dosadašnji linerani model razvoja, koji je neminovno vodio iscrpljivanju resursa i nagomilavanja otpada, pokazao se neodrživim. Model Nulte emisije predviđa, slično kao u prirodi, kruženje materijalnih tokova i shodno tome minimalnu emisiju materije i energije u okolinu – idealno nula. Količina generisanog otpada je minimala, jer se takoreći sve iskorištava. Koncept, pored ekološkog benefita, ima i ekonomski jer se uvoz resursa smanjuje na minimu uz istovremeni zamah lokalnoj/regionalnoj privredi i otvaranju novih radnih mesta. Za rešavanje problema kontrole i smanjenja otpada, generalno postoje tri koncepta. Prvo je nastao koncept kontrole otpada na kraju cevi (End-of-Pipe pollution control technologies), zatim koncept čistije proizvodnje (Cleaner Production concept) i konačno koncept nulte emisije (Zero Emissions concept). Koncept kontrole otpada na kraju cevi tretira već nastali otpad dok koncept Čistije proizvidnje daje efikasniju upotrebu resursa uz smanjenje zagađenje. Koncept nulte emisije, koji iskorištava i otpadne tokove koje nijeni konceptom Čistije tehnologije rešiti, daje krajnji odgovor na ovo pitanje. Neophodno je, znati domete sva tri koncepta. U konačnom rešavanju problema Konceptom nulte emisije, prva dva koncepta (pogotovu Koncept čistije proizvodnje) imaju mesta. Koncept Industrije sa nultom emosijom, industrijskog klastera, eko-industrijskog parka kao i cirkularne ekonomije dato je u nastavku kao direktna realizacija/benefit Koncepta nulte emisije u praksi. 1.1

Održivi razvoj Sustainable development

Koncept održivog razvoja se zasniva na definiciji „zadovoljenja potreba sada­ šnjih generacija bez ugrožavanja mogućnosti da i buduće generacije zadovolje svoje potrebe“. U suštini, ovaj koncept se zasniva na politici koja podstiče ekonomski rast, ali isto tako, podstiče zadovoljenje potreba ljudi u cilju pobolj­šanja kvaliteta života bez „osiromašenja“ životne sredine. Ta vizija održivog razvoja zahtijeva drugačiji stav u pogledu ekonomskog rasta i razvoja, gdje se iznos rasta zamjenjuje kvalitetom rasta. U tom smislu provodi se niz aktivnosti na nacionalnom i međunarodnom nivou, u kojima se pozivaju vlade, lokalne vlasti, preduzeća i potrošači da definišu i usvoje strategiju za održivi razvoj.

32

Održivi razvoj se može smatrati progresivnim i uravnoteženim u postizanju održivosti u ekonomskom razvoju, jačanju socijalne jednakosti i kvaliteta životne sredine. Ovaj koncept ima prostornu i vremensku dimenziju da ispuni ranije istaknute poznate ciljeve podjednako u cijelom svijetu, kako za sada­ šnje tako i za buduće generacije. Održivi razvoj se sastoji od tri komponente (društvo, životna sredina, ekonomija) i smatra se da se održivi razvoj može postići kada sve tri komponente istovremeno budu zadovoljene (Slika 1.1). Da se to postigne potrebno je riješiti veliki broj globalnih i regionalnih problema.

Slika.1.1 Tri komponente održivog razvoja Figure 1.1 The three components of sustainable development (Azapagić, 2003)

Socijalna održivost Social Sustainability U ovom području postavlja se pitanje međugeneracijske jednakosti, u kojoj moramo našim potomcima osigurati alate i resurse potrebne za preživljavanje i uživanje​​ u životu. Jedna izreka kaže: “Mi ne posjedujemo Zemlju, mi samo čuvamo nasljedstvo naših unuka”. Dakle, moramo nastojati podići životni standard kod ljudi, tj. osnovne životne potrebe, kao što su čista voda i odgovarajuća hrana (Pirages 1994. p. 200). Ostala pitanja u ovom području su: okolinska pravda, rast stanovništva, zdravlje ljudi, kulturne potrebe i osobne preferencije. Ovi elementi imaju veliki uticaj na kvalitet našeg života, a ne treba zanemariti ni lakše mjerljive ekonomske elemente. Održivost okoline Environmental Sustainability Briga o okolini je također vrlo važna za održivost. Prirodni okoliš je fizički kontekst u kojem živimo. Održivost zahtjeva da prepoznamo granice naše okoline. Postoje ograničene količine prirodnih resursa na ovom planetu. Neki 33

od tih resursa, kao što su drveće i divlje životinje, su obnovljivi tako dugo dok ih ostavimo dovoljno dugu da se obnove. Ostali resursi, kao što su minerali, obnavljaju se sporo a svaka upotreba iscrpljuje njihove ukupne zalihe. Moramo smanjiti našu potrošnju svih resursa, obnovljivih i iscrpljivih (neobnovljivih). Drugi ključni okolinski problem je smanjenje našeg uticaja na globalni ekosistem. Zemlja je kao organizam i moramo ga zadržati u zdravom stanju. Prirodni ekosistemi mogu preživjeti neke uticaje, ali taj uticaj mora biti dovoljno mali, tako da se Zemlja može oporaviti. U nekim slučajevima postoje određeni resursi ili elementi ekosistema koji su neophodni za njegovo zdravlje. Zaštita zdravlja ekosistema može uključivati ​​zaštitu ugroženih vrsta, očuvanje močvara, ili zaštitu biološke raznolikosti u cjelini. “Neodrživo stanje” se događa kada se prirodna bogatstva (zbir svih prirodnih resursa) koristi brže nego što se mogu obnoviti. Održivost zahtijeva da se u toku ljudskih aktivnosti prirodni resursi koriste onom brzinom kojom bi se mogli prirodnim putem na novo obnoviti. Koncept održivog razvoja nerazdvojivo je povezan s konceptom kapaciteta nosivosti. Teoretski, dugoročna posljedica degradacije okoline umanjuje sposobnost održavanja ljudskog života. Takva degradacija na globalnom nivou mogla bi implicirati izumiranja čovječanstva. U Tabeli 1.1 prikazana je održivost u zavisnosti od potrošnje prirodnih resursa. Tabela 1.1 Održivost u zavisnosti od potrošnje prirodnih resursa Table 1.1 Sustainability depending on consumption of consumption of natural resources Potrošnja obnovljivih izvora

Stanje okoline

Održivost

Više nego što se može obnoviti prirodnim putem

Degradacija okoline

Nije održivo

Jednako kao što se može obnoviti prirodnim putem

Okolinska ravnoteža

Stabilno stanje privrede

Manje nego što se može obnoviti prirodnim putem

Obnova okoline

Okolinska održivost

Ekonomska održivost Economic Sustainability Ekonomija je važna u održivosti zbog šireg značenja jer kao društvena nauka objašnjava proizvodnju, distribuciju i potrošnju dobara i usluga. Razmjena dobara i usluga ima značajan uticaj na okolinu, budući da okolina služi kao osnovni izvor ulaza sirovina i kao spremište za odbačene robe. Dio održivosti mijenja način vrednovanja stvari pri čemu treba uzeti u obzir ekonomske gubitke usljed potrošnje ili degradacije prirodnih resursa, kao i brigu za dugoročne uticaje.

34

Održivi materijali Sustainable materials Jedan veliki globalni problem je neujednačena razvijenost. Rasprostranjenost siromaštva se može vidjeti iz činjenice da samo 20% svjetske populacije koristi skoro 83% od ukupnih svjetskih prihoda. Postoji jaka veza između siromaštva i kvaliteta životne sredine, tako što nebriga o okruženju u zemljama u razvoju nastaje kao rezultat siromaštva ljudi koji se bore za osnovnu egzistenciju. Sa druge strane, zbog siromaštva čak jedna četvrtina svih bolesti koje postoje dolaze iz zemalja u razvoju. Međutim jedan od glavnih razloga ugrožavanja životne sredine je neodrživi razvoj od strane bogatih, koji čine manje od 12% svjetske populacije, ali troše između 55% i 65% svjetskih resursa. Zahvaljujući ovim i drugim svjetskim problemima u ekologiji, kao što su klimatske promjene i narušavanje biodiverziteta, postoje jasni podaci da je životna sredina ozbiljno ugrožena. Ovo se dodatno pogoršava na lokalnom i regionalnom nivou, što se posebno odnosi na zagađenje vazduha i stvaranje čvrstog otpada. Na primjer, svake godine se u Evropi generiše oko 2,6 milijardi tona industrijskog, poljoprivrednog otpada i otpada iz domaćinstva. Da bi se olakšalo kretanje ka održivosti na praktičnom nivou, prvo je neophodno da se razjasne uzroci neodrživosti, a onda da se razmotre održive opcije za otpad i na kraju da se odredi koje od ovih opcija će se realizovati. Pritom se trebaju analizirati problemi koji će doprinijeti usvajanju rješenja uzimajući u obzir okolinu, razumijevanje uticaja jedne faze životnog ciklusa (naprimjer, proizvodnog procesa) na cjelokupan životni ciklus, istovremeno ispitujući uticaj ljudskih aktivnosti na životnu sredinu od početka (nabavka sredstava) do kraja aktivnosti (nastanak otpada) (Azapagić, 2003). Teži se ka održivoj obradi materijala, tj. traže se načini obrade ili kombinacije različitih vrsta tretmana, uz mogućnost obnavljanja sirovina, u cilju očuvanja prirodnih resursa, odnosno teži se ka potpunom iskorištenju ili recikliranju svih otpadnih materijala koji su korišteni tokom proizvodnje (El-Haggar, 2007). U svakoj grani industrije neophodno je primijeniti obradu otpadnih materijala, što je u skladu sa propisima za zaštitu životne sredine. Neke industrije to rade u manjem obimu, kako bi se smanjili troškovi, dok nove grane industrije planiraju obradu otpada kao integralni dio ukupnih troškova proizvodnje. Dodatni troškovi koji nastaju na ovaj način, moraju ili da se prenesu na potrošače ili da se oduzimu od profita firme, što zavisi od tržišne konkurencije. Kroz tradicionalnu hijerarhiju upravljanja otpadom, u skladu sa međunarodnim propisima, opasni otpad treba da se obradi prije odlaganja. Obrada podrazumeva pretvaranje štetnog otpada u manje štetni otpad. Drugim riječima, obrada znači pretvaranje jednog oblika otpada u drugi oblik otpada. Direktni troškovi obrade otpada se povećavaju za cijenu kapitala i opreme (koja obuhvata održavanje, rad i ulaganje u radnu snagu). Ovi direktni troškovi pred­ 35

stavljaju samo dio ukupnih troškova. Ostali indirektni troškovi se ne mogu lako identifikovati i kvantifikovati. Indirektni troškovi su povezani sa negativnim uticajem otpada na životnu sredinu, zagađenje vazduha, vode i zemljišta. Otpad i emisije iz proizvodnje su prvobitno predstavljali sirovine i treba ih posmatrati kao sporedne proizvode, a ne kao otpad koji treba pripremiti za ponovnu upotrebu putem reciklaže ili ponovne prerade. U cilju očuvanja prirodnih resursa, potrebno je promijeniti sistem upravljanja otpadom, i kroz primjenu procedura za oporavak materijala omogućiti održivu obradu. Drugačije rečeno, neophodno je postići optimalne rezultate u oporavku materijala i to bez uništavanja životne sredine i iscrpljivanja prirodnih resursa. Dakle, tradicionalni tretman može biti djelimično ili potpuno zamijenjen novim postupkom obrade za održivo upravljanje otpadom. Optimalni pristup koji industrija treba da koristi za eliminisanje negativnih uticaja na životnu sredinu podrazumijeva puno uvažavanje prednosti i nedostataka svake od tehnika koje se primjenjuju u obradi otpada. Ekonomske indi­ katore treba odrediti na osnovu analize odnosa troškovi/beneficije, ali svakako u obzir treba uzeti nematerijalne koristi kao što su uticaj na zdravlje, bezbjednost i životnu sredinu, uključujući i korist po životnu sredinu zbog zaštite od zagađenja. Sama industrija treba da odredi koje tehnike će tom prilikom primjenjivati. Iako su tehnički parametri (kao što su količina i kvalitet otpada) ključni faktori, od izuzetne važnosti su ekonomski, politički, društveni i psihološki faktori. Da bi se riješili problemi industrijskog zagađenja, traže se inovativne tehno­ logije za održivu obradu, pri čemu se primjenjuje nekoliko tehnika za proizvo­ dnju koje manje zagađuju kroz: • primjenu sirovina boljeg kvaliteta, smanjenje zagađenja koje potiču od sirovina ili modifikovanje proizvoda, • preusmjeravanje povrataka otpada u proizvodnju ili njihova indirektna primjena kao polu-proizvoda u drugim vrstama industrije, • obrada resursa (ponovna upotreba ili recikliranje) ili spajanje sa drugim industrijskim otpadom za dobijanje korisnih proizvoda, • saglasno propisima o zaštiti životne sredine, oporavak materijala prema principima održivog tretmana. Treba imati u vidu sljedeću činjenicu: manji tretman otpada znači nastanak veće štete po životnu sredinu. Ako industrija ne obezbijedi obradu otpada, tro­škovi za nadoknadu ekološke štete mogu dostići visoke iznose. Zato je za industriju najbolje rješenje koje omogućava održivi razvoj, što znači manji ili nikakav uticaj na životnu sredinu ili sprečavanje iscrpljivanja prirodnih resursa. To se može realizovati kroz primjenu održivog tretmana unutar koncepta „od sirovine do gotovog proizvoda“.

36

1.2.

Koncept nulte emisije i drugi koncepti održivosti Zero emission and other sustainable concepts

Rastom industrijske proizvodnje rastao je i problem nastalog otpada. Otpad možemo definisati kao oštećen ili neželjan sporedan produkat, suvišan material nastao u procesu proizvodnje. Veoma često, u datom stanju, nema vrednost. Ispuštanjem u atmosferu može biti štetan ili toksičan. Pod zagađivačem okoline podrazumevamo bilo koje ispuštanje otpada u okolinu. Za problem kontrole i smanjivanje otpada nastalih u industriji, generalno postoje tri koncepta. Istorijski, prvo je nastao koncept kontrole otpada na kraju cevi (End-of-Pipe pollution control technologies), zatim konvept čistije proiz­ vodnje (Cleaner Production concept) I konačno koncept nulte emisije (Zero Emissions concept)1.2.1 Koncept „Na kraju cijevi“ The End of Pipe concept Što se tiče zaštite životne sredine, u tradicionalnom sistemu upravljanja otpadom u svakoj vrsti industrije, posebno je važan tretman „na kraju cijevi“ ili kontrola već nastalog otpada. Postoji nekoliko vrsta tehnologija za upravljanje otpadom, a koji tip će se izabrati zavisi od nekoliko faktora, kao što su fizičko stanje (čvrsto, gasovito ili tečno), količina, karakteristike, stepen složenosti otpada, nivo obrade koji je potreban i tako dalje. Tehnologije za obradu otpada obuhvataju: fizičke, hemijske i biološke tretmane. Često se kombinuje nekoliko tehnologija kako bi se postigla veća efikasnost, u smislu očuvanja životne sredine i najprihvatljivijeg rješenje za obradu otpada. Fizički tretman otpada (The physical treatment of waste). Fizički procesi za obradu otpada su: sedimentacija i klasifikacija, centrifugiranje, flotacija, filtracija, sorpcija, isparavanje i destilacija, procesi membranske filtracije i tako dalje. Procesi, koji se posebno primjenjuju na opasni tečni otpad, obuhvataju razdvajanja suspendovanih čvrstih čestica ili koloidnih čestica dobijenih poslije procesa filtracije. Vrsta tehnologije koji će se primijeniti zavisi od vrste i koncentracije čvrstih čestica suspendovanih u tečnoj fazi. Fizički procesi se primjenjuju za izdvajanje čvrstog iz tečnog otpada, za njegovo smanjenje, prikupljanje i pripremu za dalju obradu. Prvo je potrebno provesti fizičko odvajanje čvrstog otpada od otpadnih voda radi smanja troškova tokom dalje obrade. Tom prilikom treba težiti ka smanjenju zapremine i povećanju koncentracije otpada. U cilju optimizacije tretmana otpada i njegovog odlaganja, fizički tretman se uglavnom koristi u kombinaciji sa drugim tehnologijama obrade. Hemijski tretman otpada (Chemical treatment of waste). Primjena hemijskih reakcija, koje obuhvataju transformaciju štetnog otpada u manje štetnan ili potpuno bezbjedan otpad po životnu sredinu, predstavlja hemijski tretman otpada. Neutralizacija, taloženje, koagulacija, flokulacija, oksidacija, redukcija 37

i slično se ubrajaju u hemijske procese koji se primjenjuju za upravljanje otpadom. Hemijski postupci obrade imaju prednost zbog smanjenja zapremine otpada i pružanja mogućnosti da se resursi obnove na bazi otpadnih materija iz industrije. Ovaj tretman omogućava obnovu resursa, proizvodnju korisnih sporednih proizvoda i ekološki prihvatljivih rezidua. Posebno se koristi za tretman opasnog otpada koji se ne obrađuje prije odlaganja. To se odnosi i na tečni otpad, osim ako nije obrađen prije deponovanja, u cilju njegovog konzervisanja u neopasni otpad, pretvarajući ga u čvrsto ili polučvrsto stanje, i prevodeći ga u komponente otpada koje su hemijski stabilnije i manje pokretne nakon deponovanja. Biološki tretman otpada (Biological treatment of waste). Biološki tretman se primjenjuje za obradu tečnog ili čvrstog otpada, kao što je komunalni otpad, kontaminirano zemljište i sl. S obzirom na prisustvo kiseonika, biološki tretmani se dijele na aerobne i anaerobne procese. U aerobnim procesima, u prisustvu kiseonika, organska materija se razgrađuje pomoću bakterija koje rastu i razmnožavaju se. U anaerobnim procesima se koriste anaerobne bakterije koje razgrađuju organsku materiju bez kiseonika. Aerobni procesi se koriste za obradu industrijskog i komunalnog otpada. Anaerobni procesi se koriste za obradu koncentrisanog organskog otpada ili za obradu organskog mulja. Primjena anerobnih bakterija je tehnologije koja se više primjenjuju na obradu složenog toksičnog organskog otpada, koji se koristi kao rastvarač kontaminiranih podzemnih voda. Aerobne bakterije se uglavnom koriste za tretman kontaminiranog zemljišta i mulja od nafte. 1.2.2. Koncept čistije proizvodnje Cleaner production concept Pojam čista/čistija proizvodnja je nastao u trenutku kada se proizvodnja počela posmatrati iz ugla održivosti materijala. U osnovi ovaj pojam označava primjenu čistih tretmana (obrade) u proizvodnji i zaštiti životne sredine, pri čemu je potrebno efikasnije korišćenje resursa i smanjenje zagađenja životne sredine. Na ovaj način se može uticati na poboljšanje zdravlja ljudi i ukupnog nivoa zaštite. Svrha ovog vida proizvodnje se odnosi na povećanje ekonomskog profita i stvaranej boljeg okruženja. Glavni pravci čiste proizvodnje su prikazani na Slici 1.2. Čista proizvodnja podrazumeva domaćinsko vođenje proizvodnje, izmjenu procesa u proizvodnji, eko-dizajn proizvoda, čišće tehnologije i tako dalje. Godine 1997 Ujedinjene nacije su čistu proizvodnju definisale kao, stalnu primjenu integrisane preventivne ekološke strategije za procese, proizvode i održavanje sa ciljem poboljšanja energetske efikasnosti i smanjenja rizika za čovječanstvo i životnu sredinu. Čista proizvodnja je preventivna procedura za upravljanje zaštitom životne sredine, koja je naslonjena na brzinu ekonomskog rasta zasnovanog na principu održivosti. Ovom prilikom se može reći da ona predstavlja „win-win“ stra38

tegiju, jer štiti životnu sredinu, štedi prirodne resurse, poboljšava efikasnost industrijske proizvodnje i profitabilnost, te utiče na povećanje imidža kompanija i konkurentnost na tržištu. Čista proizvodnja je posebno usmjerena na očuvanje prirodnih resursa kao što su voda, energije i sirovina, što prevazilazi tretman „na kraju cijevi“. Ovaj tretman uključuje i pregled proizvoda, procesa i održavanje u smislu održivog razvoja. Ovi novi proizvodni procesi, osim očuva­ nja sirovina i energije podrazumijeva i isključenjeiz upotrebe toksičnih sirovina, smanjenje količine i toksičnosti svih emisija i otpada prije nego su odvojeni od proizvodnog procesa. Čista proizvodnja se postiže kroz primjenu poboljšanih tehnologija i kroz promjenu parametara postojećih tehnologija. Konceptualne i proceduralne prednosti proizvodnje se odnose na smanjenje rizika po ljude i životnu sredinu. Čistu proizvodnju karakteriše smanjenje troškova proizvodnje, što utiče na poboljšanje efikasnosti procesa. Što se tiče potrebnih investicija, ključna razlika u odnosu na tretman „na kraju cijevi“ je u potrebi dodatnih investicija. I dalje treba da se pravi razlika između tehnologije i procesa. Proces može da bude „čist“ bez promjene procesne opreme (bez dodavanja novih komponenti), odnosno sa promjenom načina rukovođenja procesom, kroz realizaciju poboljšanja sistema organizacije. Čista proizvodnje može, ali i ne mora, da sadrži čiste tehnologije. Ulaganje u čistu proizvodnju kroz primjenu čistih tehnologija je lakše za definisanje ulaganja u odnosu na ostatak proizvodnje. Fokus tehnologija čiste proizvodnje (otpad, potrošnja, proizvodi i usluge, distribucija, nabavka sirovina i proizvodnja) je prikazan na Slici 1.3. Čista proizvodnja dovodi do smanjenja nečistoće i otpada, kao i smanjenja količine neobnovljivih ili štetnih ulaznih komponenti.

Slika 1.2. Opšti ciljevi čiste proizvodnje Figure 1.2 The overall objectives of clean production (www.global-enviro.com.au/images/cleanprod.gif) 39

Slika 1.3. Fokus tehnologija čiste proizvodnje Figure 1.3. The focus of clean production technology, (www.gec.jp/CP_DATA/english/processCPe2.gif)

Između čiste proizvodnju i koncepta “Na kraju cjevi“ postoji značajna razlika. Koncept “Na kraju cjevi“ odnosi se na kontrolu nastalog otpada. Koncentrisan je na određeni vremenski period, određene troškove i određenu održivost. Kontrola zagađenja slijedi pravilo „reaguj i tretiraj“, dok se čista proizvodnja zasnova na pravilu „prevencija je bolja od djelovanja“. Čista proizvodnja je fokusirana na sljedeće: • dobro planiranje proizvodnje, • uvođenje promjena u proces: dobra procesna kontrola, promjena opreme, promjena u tehnologiji, promjena sirovina, • uvođenje promjena kod gotovih proizvoda i • uvođenje recikliranja: interno, eksterno (korišćenje nus-proizvoda). Dobro planiranje proizvodnje. Razumijevanje dobre prakse rada, što podrazumijeva smanjenje emisije i otpada, kao i očuvanje prirodnih resursa kroz optimizaciju procesa i otklanjanja grešaka, sprečavanje da se predoziraju komponente koje dovode do neželjenih troškova. To se može realizovati kroz uputstva za proizvodnju, čuvanje, skladištenje i rukovanje materijalima. Nekoliko osnovnih uputstava, koji treba da budu uzeti u obzir: • proizvodnja minimalne količine otpada i emisije štetnih gasova kroz otklanjanje greška na svim proizvodnim linijama. Pažljivo zatvaranje svih rezervoara za skladištenje materijala kada se ne koriste. • smanjenje gubitaka ulaznih materijala kroz njihovu potpunu preradu i pravilno skladištenje. • obuka zaposlenih i stimulisanje za stalno smanjenje količine nastalog otpada.

40

• razdvajanje opasnog i neopasnog otpada u cilju smanjenja zapremine opasnog otpada. Dobra procesna kontrola. Dobre prakse omogućavaju efikasno i efektivno planiranje i regulisanje procesa. One pružaju optimalne uslove za preradu, uz pažljivo trošenje sredstava, proizvodnju i stvaranje otpada. Uslovi proizvodnje (рН, pritisak, sadržaj vode, vrijeme) se mogu stalno mjeriti, pratiti i regulisati u optimalnim granicama. Dobra kontrola parametara implicira uštedu energije, vode i sirovina, što vodi prema povećanju efikasnosti industrijskog procesa uz malu emisiju i minimalno stvaranje otpada. Promjena opreme. Ova tehnika uključuje izmjenu postojeće opreme, koja utiče na poboljšanje procesa, korišćenja sirovina, vode ili energije i smanjenje emisije u životnu sredinu. Na primjer, zamjena mazuta u proizvodnji industrijske energije sa prirodnim gasom pruža ekonomsku i ekološku korist. U sastavu industrijskog tečnog goriva (mazuta) nalazi se visok procenat sumpora, teških metala i nečistoća. Iz sumpora nastaju sumporni oksidi, dok teški metali stvaraju metalne okside, koji mogu biti opasni po zdravlje čovjeka. Iz mazuta kod visokih temperatura nastaju azotni oksidi, koji su štetni za životnu sredinu. Pored toga, ovo gorivo ima nizak stepen iskorištenja i visok procenat ugljovodonika koji se izdvajaju. Prirodni gas ne sadrži (ili sadrži malu količinu) simpora, teških metala i nečistoća koje emituju nizak nivo azotnih oksida ili ugljenikovih oksida. Upotreba prirodnog gasa smanjuje zagađenje i povećava efikasnost iskorištenja. Promjena tehnologije. Promjena tehnologije je orjentisana ka izmjeni procesa u pravcu smanjenja sirovina, vode, energije, a time i emisije i otpada. Promjene u tehnologiji podrazumijevaju zamjenu postojećih procesa sa novim procesima koji zahtijevaju manje energije, a omogućavaju povećanje efikasnosti. Na primjer, cement se proizvodi miješanjem gline i pijeska sa drugim aditivima u suvom ili vlažnom procesu, pri čemu se kod primjene suve tehnologija koristi manje energije. Da bi se dobio gotovi proizvod, tokom mokrog procesa treba ispariti vodu nakon postupka miješanja, što zahtijeva potrošnju velike količine energije. Suvi proces zahtijeva utrošak manje količine energije i omogućava manju emisiju zagađujućih materija. Međutim, izmjena tehnologija je posljednja opcija koja se nudi u čistoj proizvodnji. Pozitivni efekti čiste proizvodnje (The positive effects of clean production). Čista proizvodnja može dovesti do smanjenja operativnih troškova, povećanja profitabilnosti i bezbjednosti na radu i do smanjenja negativnog uticaja proizvodnje na životnu sredinu. Tom prilikom režijski troškovi se stalno smanjuju na minimalnu vrijednost ili proizvodnja teče bez kapitalnih troškova sa kratkim periodom za povrat uloženih sredstava.

41

Čista proizvodnja je korisna za biznis i industriju zbog: • smanjenja troškova nabavke sirovina, • smanjenja troškova za odlaganje otpada, • smanjenja troškova za obezbjeđenje zdrave životne sredine, • unapređenja odnosa sa javnošću/povećanje imidža preduzeća, • unapređenja performansi preduzeća, • poboljšanja konkurentnosti na regionalnom i međunarodnom tržištu i • olakšanja primjena propisa o zaštiti životne sredine. Čista proizvodnja, isto tako, pomaže kod riješavanja ozbiljnih rastućih problema kao što su: zagađenje vode i vazduha, oštećenje ozonskog omotača, globalno zagrijavanje, čvrsti i tečni otpad, smanjenje resursa, zakiseljavanje životne sredine i smanjenje biodiverziteta. Realizacija koncepta čiste proizvodnje (Clean production solutions). Za uspješno provođenje koncepta čiste proizvodnje (realizacija programa za ponovnu upotrebu ili recikliranje neiskorišćenih roba i korišćenje otpada) u industriji je potrebno provesti sveobuhvatnu edukaciju zaposlenih. Pri tom je potrebno napraviti detaljnu kvantitativnu analizu količine i vrste otpada nastalog i odloženog u toku godine dana. U novim industrijama, koje koriste otpad iz prethodnih grana industrije, ko­ riste se određeni aditivi koji se dodaju radi postizanja odgovarjućeg kvaliteta proizvoda. Bez obzira na to, kvalitet i kvantitet nastalog otpada varira u zavisno­ sti od načina vođenja industrijskih procesa. Da bi se ovi nedostaci prevazišli, potrebno je uspostaviti strožije uslove za izdavanje dozvola, licenci i podrške industrijskim pogonima. U principu, novootvoreni industrijski objekati imaju du­goročna rješenja za industrijski otpad u pogledu zaštite životne sredine. Tretman otpada, radi bezbjednog odlaganja, često može da košta više od izgradnje potpuno novih industrijskih kapaciteta koji će otpad iz prethodne industrije koristiti kao vlastitu sirovinu. Ovakav način planiranja i rada vodi ka ekonomskoj stabilnosti zajednice. 1.2.3. Koncept nulta emisija Zero emission concept Koncept čistije proizvodn ije, očigledno predstavlja napredak u odnosu na koncept na kraju cevi, jer ima za cilj smanjivanje nastajanje otpada. Međutim, i nakon primene koncepta čistije proizvodnje, postoke čitav niz procesa sa izlaznim materijalnim tokovima koji ne predstavljaju proizvod. Ako se ovi tokovi ne nađu primenu neminovno predstavljaju otpad. Kombinacija koncepta čistije proizvodnje i koncepta kontrole otpada na kraju cevi takođe ne rešava problem. Primena koncepta nulte emisije vršimo konverziju i upotreba izlaznih materijala kao ulaza za druge procese. Ovo može biti u okviru inste industrije ili povezano sa drugom industrijom pa čak i regionom. Cilj je kružni tok 42

materija, koja je za neki proces otpad – izlazni neupotrebljiv materijalni tok a za drugi proces korisna sirovina. Cilj koncepta je maksimalna produktivnost resursa i povećanje eko-efikasnosti uz istovremeno eliminacije otpada ili zagađenja. Pod eko-efikasnošću podrazumevamo ekonomsku efikasnost koja ima pozitivne benefite sa stanovišta zaštite životne sredine (Tapas, 2005). Oba koncepta, koncept čistije proizvodnje koncept nulte emisije imaju za cilj efikasnost, kako sa stanovišta zaštite životne sredine tako sa ekonomskog. Kod koncepta čistije proizvodnji prvestvenmi cilj je efikasnost sa stanovišta životne sredine a zatim ekonomski benefit, dok je kod koncepta nulte emisije cilj ekonomski benefit uz pozitivne efekte na životnu sredinu. Čini se da je koncept nulte emisije krajnji odgovor na problem otpada. Uspešnu realizaciju koncepta nulte emisije zahteva industrija visoke efikasnosti i maksimalno iskorišćenje resursa uz smanjivanje ili potpunu eliminaciju otpada i zagađivača. Pored industrije visokih performansi, koja minimizuje nastajanje otpada neophodno je i prelazak industrije proizvodnje sa konvencionalnog linearnog na cirkularni model. Kod konvencionalne linearne industrijske proizvodnje, sirovine završavaju na kraju procesa kao otpad. Kod cirkularnog modela, izlazni otpadni tokovi koriste se za druge procese ili industriju. Idealno, svi materijalni tokovi kruže i ne proizvodi se otpad. Industrija I društvo u celini treba da funkcioniše kao prirodni ekološki sistem, koji kad je u ravnoteži ne proizvodi otpad. Sa ekološke tačke ovo se čini, koncept nulte emisije predstavlja krajnje rešenje za ukanjanje otpada kako na globalnom tako i na lokalnom nivou. Potpuno iskorišćenje sirovina uz korišćenje obnovljivih izvora daju nadu u prelazak na održivo korišenje resursa naše planete. Sa stanovišta ekonomije, ovo takođe ima pozitivan efekat. Ovo znači veću konkurentnost i efikasnost a ujedno i zamah lokalnoj privredni. Više korišenje lokalnih resursa znači i nova radna mesta. Treba reći, da pored korišćenja otpada kao resursa za druge proizvode može da se koristi i kao energetska Pri realizaciji koncepta nulte emisije, kao zaokružene celine tok materije, razlikujemo više nivoa sistema (Tapas, 2005). 1. Mali sistemi Ovo može da predstavlja jednu fabriku ili malu farmu. Zatvoreni su I marterijalni i energetski tokova. Ovo se pre svega može ostvariti u poljoprivredi I prehrambenoj industriji, gde se otpadni tokovi mogu koristi i kao energenti. 2. Veliki sistemi Vrlo često da bi se materijalni i energetski tokovi zaokružili neophodno je da više industrija formijau klastere. U kružnom toku, otpadni I sporedni tokovi jedne industrije korisate kao sirovina za druge. Moguće je u ovakvim sistemima zaokrućiti I energetske tokove. 43

3. Regionalni sistemi Ceo koncept realizuje se na regionalnom nivou. U cilju realizacije koncepta neophodno je održivo regionalno planiranje kao i uključivanje društva u celini. Proizvodi na bioosnovi Biobased products Jedan od važnih elemenata pri realizacji koncepta nulte emisije su proizvodi na bio osnovi. Proizvodi na bio osnvi doprinose jačanju održivosti prirodnih resursa i imaju pozitivan ekonomski efekat. Sa stanovišta zaštite životne sredine dobijanje proizvoda na bio osnovi mogu biti mnogo prihvatljivije od analognih procesa petrohemijske industrije. Ovo znači i velike mogućnosti za razvoj ruralnih područja. Dobijanje proizvoda na bio osnovi ostvarili bi se u biorafinerijama što bi predstavljalo približavanje procesa u prirodi. Prema definiciji NREL (US National Renewable Energy Laboratory) ‘‘Biorafinerija predstavlja uređaj koji integriše process konverzije biomase I uređaje u cilju proizvodnje goriva, energije i hemikalija‘‘ (Gravitis, 2007). Zamenom rafinerija na bazi nafte sa biorafinerijom nameće dopunu dosadašnjeg 3R pristupa (Reduce – smanji, Reuse – ponovno upotrebi, Recycle – recikliraj) sa 4R pristupom (Replace – zameni, Reduce – smanji, Reuse – ponovno upotrebi, Recycle – recikliraj). Biotehnološke nauke, u kombinaciji sa sadašnjim procesnim tehnikama I onima koje su u razvoju, mogu postati osnova za stvaranje širokog spektra industrijskih proizvoda iz obnovljivih biljnih resursa. Ovi “industrijski proizvodi sa biološkom osnovom” uključuju tečna goriva, hemikalije, maziva, plastične mase, građevinski materijal itd. Proizvodi zasnovani na bio osnovi su ekološki prihvatljiviji, nego što je to slučaj sa proizvodima dobijenim na bazi nafte, zato što bio osnova u sebi sadrži mnogo manje štetnih supstanci po životnu sredinu. Kao obnovljivi izvor energije, biomasa ne doprinosi emisiji ugljen-dioksida u atmosferu, kao što je to slučaj sa fosilnim gorivima. Industrijske proizvode na bazi nafte postepeno zamenjuju proizvodi sa bio osnovom. Postojeći proizvodni sistemi i upravljanje njima bazirano je na korišćenju fosilnih resursa, koji se na tržištu svrstavaju u neobnovljive izvore energije. Ograničenja u dostupnosti fosilnih resursa i prirodne katastrofe izazvane njihovom upotrebom naglašavaju potrebu za zamenom ovih resursa obnovljivim izvorima energije. Koncept nulte emisije, sa tehnologijom koja u osnovi ima biomasu i integrisana je u industrijskei klastere, omogućava novo upravljanje proizvodnjom u cilju održivog razvoja. Osnovni korak u radu biorafinerije je da odvaja biljni proizvod, lignocelulozu u gradivne blokove: fenole i šećere. Proizvodi biorafinerija predstavljju dodatnu vrednost postojećim proizvodima, a kreću se od osnovnih sastojaka hrane do složenih lekova, kao i od jednostavnih građevinskih materijala do 44

složenih industrijskih materijala. Strategija zamene naftnih derivata hemikalijama iz biomase neophodne su u integraciji industrije u klastere nulte emisije. Ekonomska korist od biorafinerija je značajna. Potvrđen je napredak novih i konvencionalnih tehnologija u razvoju koncepta biorafinerija, kao što su eksplozija pare, piroliza, itd. Primena koncepta nulte emisije u prehrambenoj industriji može da eliminiše troškove tretiranja i odlaganja otpada, pa čak i da utiče na cene sirovina ili usluga. Neki od ovih razloga su velike prednosti nulte emisije, uključujući sistem efikasnijeg korišćenja ljudskih i fizičkih resursa. Industrija sa nultom emisijom Zero emissions industries Pod industrijom sa nultom emisijom podrazumevamo industriju bez otpada odnosno bez ispuštanja u okolinu bilo koje emisije. U ovakvom proizvodnom sistemu (Slika 1.4) genereše se i ispušta u okolinu minimum otpada “idealno nula”. Kod ovakve industrije jedini ulaz su sirovine pomoću kojih se dobijaju vredni proizvodi i energije. Jedini izlazi su produkti I sporedni proizvodi koji predsttavljaju sirovinu za drugi proces/uređaj ili industriju. Otpad ili sporedni proizvod, generisan tokom procesa se rekuperira pomoću raznih tehnologija. Cilj je dobijanja industrijskog procesa koji ne generiše otpad. U slučajevima kada se problem otpada ne može rešiti u okviru jedne industrije, razvija se tehnologija koja omogućava korišćenje otpada jedne industrije kao ulazne sirovine u drugoj industriji. Industrija ekologija ima za cilj projektovanje i rad industrije kao živog sistema povezanog sa prirodnim sistemom. U vezi s tim važno je istaći pojam industrijski metabolizam. Ovo predstavlja analogiju sa metabolzmom biosfere, koja predstavlja takoreći idealni reciklirajući sistem. Dok komponente biosfere imaju sposobnost biološke regeneracije, ovo nije uvek slučaj industrijskih sistema, prvenstveno zbog korišćenja fosilnih goriva, koji nemaju sposobnst regeneracije u okviru sistema. Iz tog razloga bitan elemenat industrijske ekologije je projektovanje tokom životnog veka proizvoda i procesa. Eko-industrijski park Eco-industrial Park Eko-industrijski park predstavlja zajednicu proizvodnje i usluge koja teži poboljšanim ekološkim i ekonomskim performansama što se postiže saradnjom u upravljanju okolinom i resursim uključujući energiju, vodu i materijal (Lowe and Warren, 1996). Ono što je bitno, da ovakva zajednica ima veće benefite nego suma benefita kompanija kada bi svaka radila za sebe. Saradnja na pomenutim osnovama daje zbirno veći benefit.

45

Slika 1.4 Pojednostavljeni šematski prikaz Koncepta nulte emisije Figure 1.4 Simplified schematic presentation of Zero emission concept (http://www.ebara.co.jp/en/zeroemission/) 46

Metodologija koncepta nulte emisije Zero Emissions concept Methodology U cilju uspešne realizacije koncepta nulte emisije u procesu proizvodnje, korisno je pridržavati se sledećeg sistematskog postupka: Analiza toka materije Treba utvrditi da li su svi materijalni inputi nalaze u konačnom proizvodu. Odsustvo otpada znači da se svi materijalni inputi nalaze u konačnom proizvodu. Mora se reći da je mali broj industrija gde je ovo slučaj. Jedna od retkih je industrija cementa. Ako se prolaz materija nije totalan tada treba ispitati da li dobijeni proizvod može lako da se reintegriše u ekosistem bez dodatnih troškova za procesiranje, energetskih ili transportnih troškova. Ovo je retko slučaj. Kod većine industrije koncept nulte emisije se ne može postići unilateralno. Inventar ulaza i izlaza U slučaju nastajanja otpada treba izvršiti procenu svih ulaza i izlaza kao i inventar “otpada“. Ovako dobijeni podaci daju pregled resursa i potreba kompanije, što će služiti kao osnov za modifikaciju procesa u cilju postizanja nulte emisije. Analiza Industrijskog metabolzima proizvoda (ulaza, upotrebe materijala, očekivanog životnog veka) treba da pomogne određivanje puta koji ima najmanji uticaj na okolinu. Konačna postupak se kompletira određivanjem najefikasnijeg načina za ponovnu upotrebu izlaznog toka kao i određivanje industrije koja bi mogla da koristi otpade kao sirovinu. Materijalni i energetski bilansi se takođe rade u ovom koraku. Kao što je cilj minimizacija otpada tako je cilj i minimalna emisija energije u okolinu. Izgradnja industrijskog klastera Industrial Cluster setup Tamo gde se nulte emisije ne može ostvariti u okviru date industrije, nameće se potreba uspostavljanja industrijskih klastera. Rezultati analize ulazaizlaza daju odgovor na pitanje koje industrije treba uključiti u klaster, odnosno povezivanje industrije koje stvaraju otpad i industrije koje mogu koristiti ove otpade kao ulazne inpute. Treba izgraditi efikasne klastere, što nameće inovativna rešenja, gde su moguće veze između naizgled nesrodnih industrija. Pri traženju industrijskog klaster partnera najvažniji podaci su svakako vrste i količine otpada. Geografska lokacija budućeg potencijalnog partnera takođe je važna i može biti ključni faktor pri optimizaciji razmene otpada.

47

Primer 1.1 Industrijski klaster Kalundborg, Danska (Grann, 1994). Ovaj integrisani sistem razvijao se od 1970. godine. Centralno postrojenje u ovom industrijskom klasteru predstavlja lokalna elektrana koja proizvodi višak pare. Višak pare koristi loakalna rafinerija Statoil (ušteda od 19.000 tona nafte godišnje). U Statoil rafineriji uklanja se višak fosfora uklanja se iz gasa, koji se koristi u elektrani kao zamena uglja (ušteda od 30.000 tona uglja godišnje). Uklonjeni fosfor koristi se kao sirovina u fabrici za proizvodnju sumporne kiseline. Elektrana vrši desulfurizaciju dimnih gasova u procesu u kojem se dobija kalcijum sulfat, koji koristi Gyproc kompanija za proizvodnju zidnih ploča. Ova kompanija za svoje energetske potrebe koristi višak gasa iz Statoil rafinerije. Otpadna voda iz Statoil rafinerije se odvodi u Elektranu, gde se prečišćava I koristi kao napojna voda I kao voda za čišćenje uređaja. Otpadna toplota iz elektrane koristi lokalni ribnjak koji proizvodi 250 tona ribe godišnje. Mulj iz ribnjaka I biotehnološkog postrojenja se koristi đubrivo. Konačno pepeo I klinker iz Elektrane se prodaje I koristi se u cementarama i za izgradnju puteva.

Razvoj konverzionih tehnologija Conversion technologies development Najlakši način povezivanja industrijskih klastera je posredstvom jednostavne, direktne izmene otpada. Sledeći najlakši put je razvoj intermedijarnog procesa koji će prihvatiti postojeću otpadnu struju, konvertovati je u korisnu formu, i proslediti je industriji kojoj je potrebna. Projektovani otpad Designed waste Korišćenje konverzionih tehnologija se može izbeći projektovanjem procesa da das željeni – projektovani otpad, koji je pogodan za datu industriju. Tako se na primer u pivarama za pranje boca može koristiti srestvo na bazi šećera. Prednost ovog sredstva što se nakon korišćenja može direktno pustiti u vodene tokove (Tapas, 2005). Ograničenja Constraints Koncept nulte emisije ima svakako i svoja ograničenja. Prvo, nemoguće je u potpunosti eliminisati otpad, nego ga ovim pritupom svesti na minimum. Ostvarivanje industrijskih klastera omogućava maksimano iskorišćenja resursa, Umrežavanjem tokova, međutim, ima i cenu: ovakav siste je krut i nefleksibilan.

48

1.3.

Cirkularna ekonomija Circular economy

Cirkularna ekonomija se bazira na konceptu nulte emisije. Kao i kocept nulte emisije i cirkularna ekonomija predstavlja pomak od ekonomije bazirane na linearnom modelu industrije, koja uvozi sirovine i generiše otpad, ka cirkularnoj ekonomiji. Cirkularna ekonomija bazira se na korišćenju regionalnih materijalnih i energetskih resursa. Inovativnim tehnologijama koriste se domaće sirovina i otpadni tokovi. Na ovaj način jedna jedina kompanija postaje izvor za čitav niz usluga: skupljanje, transport i prerada otpada i materijala u energente ili sirovine za druge industrije. Pare poreznih obveznika kod ovake ekonomije, maksimalno ostaju u datoj zemlji, jer se potreba za uvozom minimizuje. Otpad se prepoznaje kao korisna sirovina i lokalnu kruži u duhu cirkularne ekonomije. Materijalni i energetski tokovi se optimizuju što vodi ka optimalnom iskorišćenju materijala i minimalnoj energetskoj potrošnji. Cirkularna ekonomija ima i pozitivan efekat sa stanovišta zaštite životne sredine, vodi ka ublažavanju klimatskih promena, minimizira problem skladištenje otpada, smanjuje pritisak na neobnovljive izvore energije i konačno smanjuje energetsku i sirovinsku zavisnost. Za realizaciju koncepta Cirkularne ekonomije nisu dovoljne samo tehničko-tehnološki preduslovi. Neophodni su odgovarajući socijalni, kulturni, finansijski, pravni. Instucionalni i politički okviri. Imajući nabrojane parametre, potpuno istovetna rešenja nisu primenljiva u svim zemljama. Neophodna je analiza potreba i resursa odgovarajuće regije i izvršiti optimalno upravljanje materijalnim tokovima i cilju maksimalnog iskorišćenja lokalnih resursa i otpadnih tokova. Sistemski prilaz zadatom cilju, uz minimalna ulaganja, strateški je cilj. Treninzi i obuke su sastavni deo programu pri realizacije koncepta Cirkularne ekonomije. Nekoliko modela Cirkularne ekonomije sa malim razlikama primjenjuje se u mnogim zemljama. Jedan od modela je definisan 1996 godine u dokumentu Njemačke savezne vlade kao reciklažna ekonomija (RE). Poslije kratkog vremena, Japanska vlada je osnovala program za postizanje koncepta RE kroz implementaciju dobrog dizajna proizvoda i sveobuhvatni oporavak resursa. Cirkularna ekonomija (CE) je inicijativa koju je dala kineska vlada. Slikoviti prikaz razlike između Linerane i cirkularne ekonomije dat je na Slici 1.5, dok je na Slici 1.6 dat je prikaz tokova materije. Njemačka vlada je 1996. godine usvojila novi zakon o reciklaži i nekoliko ekonomskih zakona, koji omogućavaju da se recuklaža provode kroz zatvoreni ciklus. Ovi zakoni obuhvataju životni ciklus proizvoda, potrošnju, oporavak ili raspolaganje u cilju minimiziranja količine generisanog otpada u proizvodnim procesima i podsticanje dizajniranja proizvoda, koji se lako može ponovo upotrebiti ili reciklirati u skladu sa principom „posljedična odgovornost proizvođača i potrošača“. U tom smislu, strategija za sprečavanje generisanja otpada i reciklažu je ekonomska kičma nemačkog zakona o reciklaži. Nemačka je pokrenula brojne 49

Slika 1.5. Prelaz iz linearne u cirkularnu ekonomiju (privredu) Figure 1.5. The transition from linear to circular economy (http://www.ubuonline.co.uk/ecoversity/content/695163/cradle_to_cradle/)

projekte podrške sprovođenju ekonomskih zakona o reciklaži. Nemački instituti i konsultantske firme podržavaju implementaciju propisa i daju uputstva o primjeni čistije proizvodnje, analize životnog ciklusa proizvoda i dizajn alata za zaštitu životne sredine u industrijskim sektorima. Prema podacima Japanske agencije za životnu sredinu, Japan godišnje troši 1950 miliona tona prirodnih resursa i uvozi 700 miliona tona sirovina. Istovremeno godišnje se generiše 450 miliona otpada (industrijski i komunalni). Preko 60% otpada se spaljuje ili odlaže. Trenutne procjene predviđaju da će preostali kapaciteti deponija biti iscrpljen do 2007. Kao rezultat toga, Japanska vlada je usvojila sveobuhvatan program za podsticanje ekonomije recikliranja kroz seriju zakona; kao osnovni zakon za podsticanje stvaranja društva orijentisanog ka reciklaži i promovisanje efikasnog korišćenja recikliranih resursa. Osnovni zakoni za reciklažu i podzakonski akti su usvojeni sa ciljem da podrže zakon o reciklaži kao zakon za promociju selektivnog prikupljanja i reciklažu ambalažnog materijala (2000), koja predstavlja više od 25% od ukupnog otpada. Vlada Kine je predstavila cirkularnu ekonomiju kao rezultat pritisaka od strane međunarodne zajednice da sprovede održivi razvoj, kao i detaljan pristup održivom razvoju, koji su trajali više od jedne decenije. Prema Odboru za zaštitu životne sredine i resursa, Kina je izabrala cirkularnu ekonomiju kao glavno sredstvo u borbi protiv degradacije životne sredine i primjene održivog razvoja, ali razvoj privrede i dalje ima snažnu pravnu pomoć, zbog čega je neophodno da se provede privremeni zakon i da se pomogne izgradnja društva sa razvijenom svijesti za recikliranje materijala (E1-Haggar, 2007). Na Slici 1.7. je predstavljen cirkularni dijagram koji postoji na regionalnom nivou (između vlade, preduzeća i domaćinstva) i na globalnom nivou.

50

Slika 1.6. Cirkularni dijagram toka Figure 1.6 Circular flow diagram (www.wiki.ubc.ca/images/6/65/Circular_Flow_Simple.jpg)

51

Slika 1.7. Cirkularni dijagram plaćanja Figure 1.7 Circular diagram of payments (www.wps.prenhall.com/.../chapter17/fg05_00100.gif)

52

1.4 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Pitanja Questions Šta se podrazumeva pod održivim razvojem? Koje komponente sačinjavaju održivi razvoj? Šta misliš zašto je važna socijalna održivost? Šta su održivi materijali? Objasnite razliku između tradicionalnih postupaka obrade i održivih postupaka obrade otpada! Direktni i indirektni troškovi obrade otpada? Objasnite tehnike koje se primjenjuju u proizvodnji za stvaranje novih inovativnih tehnologija za održivi tretman! Objasnite pojam „na kraju cijevi“ i tehnologije koje ovaj tretman otpada obuhvata! Definišite povoljne aspekte za poslovanje i industriju čiste proizvodnje! Na čemu se zasniva čista proizvodnja? Razlika između koncepta „na kraju cevi“ i koncepta „čistija proizvodnja“! Objasnite koncept „nulte emisije“! Razlika između koncepta „nulte emisije“ i ostala dva kocepta! Da li primena koncepta „nulte emisije“ isključuje prethodna dva koncepta? Šta je Eko-industrijski park? Kako se u praksi može realizovati kocept „nulte emisije“? Naglasite potencijalne aspekte koncepta cirkularne ekonomije!

1.5

Pitanja/Odgovori Questions/Answers

2.

Koje komponente sačinjavaju održivi razvoj? Održivi razvoj se sastoji od tri komponente (društvo, životna sredina i ekonomija), a ciljevi održivog razvoja se mogu postići ako su zadovoljene sve tri komponente istovremeno. Objasnite tehnike koje se primjenjuju u proizvodnji za stvaranje novih inovativnih tehnologija za održivi tretman! Postoje sljedeće tehnike koje se primjenjuju u proizvodnji za stvaranje novih inovativnih tehnologija održivog razvoja: • upotreba sirovina boljeg kvaliteta, smanjenje zagađenja koje dolazi iz sirovina i modifikacija proizvoda, • ponovno uključenje otpada iz proizvodnje ili njegova direktna primjena kao poluproizvoda u drugim granama industrije, • obrada resursa (ponovna upotreba ili reciklaža) ili spajanje sa drugim industrijskim otpadom za dobijanje korisnih proizvoda, • saglasno sa propisima o zaštiti životne sredine, oporavak materijala prema principu održivog tretmana.

7.

53

8.

1.6

Objasnite pojam „na kraju cijevi“ i tehnologije koje ovaj tretman otpada obuhvata! Tretman na „kraju cijevi“ ili kontrola već formiranog otpada iz aspekta zaštite životne sredine je veoma važna tehnologija u tradicionalnoj hijerarhiji upravljanja otpadom iz bilo koje industrije. Postoji nekoliko vrsta tehnologija za upravljanje otpadom, a koja vrsta će se odabrati zavisi od više faktora, kao što je agregatno stanje (čvrsto, tečno ili gasovito), količina, svojstva, da li se radi o jednostavnom ili složenom materijalu, koliki stepen obrade se zahtijeva i sl. Tehnologije za tretman otpada obuhvataju sljedeće vidove tretmana: fizički, hemijski i biološki tretman. Literatura References

Azapagic A, Emsley A, Hamerton I (2003) Polymers: The Environment and Sustainable Development, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England. El-Haggar S (2007) Sustainable Industrial Design and Waste Management, Elsevier Science & Technology Books, June 2007. Grann H (1994),The industrial symbiosis at Kalundborg, Denmark. Paper presented at the National Academy of Engineering’s Conference on Industrial Ecology, Irvine, CA (May 9-13). Gravitis J (2007) Zero techniques and systems e ZETS – strength and weakness, Journal of Cleaner Production 15, pp. 1190 -1197 http://www.ebara.co.jp/en/zeroemission/ http://www.ubuonline.co.uk/ecoversity/content/695163/cradle_to_cradle/ Lowe E and Warren J (1996) The Source of Value: An Executive Briefing and Sourcebook on Industrial Ecology. Richland, Washington: Pacific Northwest National Laboratory. Pirages, D (1994) Sustainability as an Evolving Process. Futures, 26(2), 197-205. Tapas K. Das (ed) (2005) Toward zero discharge: Innovative methodology & technologies for process pollution prevention, Wiley-Interscience, New Jersey www.gec.jp/CP_DATA/english/processCPe2.gif www.global-enviro.com.au/images/cleanprod.gif www.wiki.ubc.ca/images/6/65/Circular_Flow_Simple.jpg www.wps.prenhall.com/.../chapter17/fg05_00100.gif

Preporučena literatura Recommended literature Gravitis J, Abolins J, Kokorevics A (2008) Integration of biorefinery clusters towards zero emissions, Environmental Engineering and Management Journal September/ October, Vol.7, No.5, 569-577 Nguyen U and Schnitzer H (2008) Zero emissions systems in the food processing industry 3rd IASME/WSEAS Int. Conf. on Energy & Environment, University of Cambridge, UK, February 23-25 Ruediger K (2007) Towards a sustainable society: United Nations University’s Zero Emissions Approach Journal of Cleaner Production 15, 1198 – 1204 54

2.

Ekološka održivost i industrija Environmental sustainability and industry

Technology has a very important role in sustainable development. The technologies are used to extract resources and to get useful products. The linear model of development results in exhaustion of the natural resources and waste generation. The linear model of development is to be replaced by sustainable one like cyclic sustainble development model. The main component of both models are given in this chapter. It is essental to have a clear picture of the main differences between these two models. The possible impact on the environment during product or process life are given in the part Life cycle assesssment (LCA): The effect of our activities are given in the following part Carbon footprint. In the followig text the reader will know which material is appropriate for eco design. Sustainable agriculture and food production combines the goals of sustainable development. Sustainable technologies use less energy, fewer limited resources, do not deplete natural resources, do not directly or indirectly pollute the environment, and can be reused or recycled at the end of their useful life. The Environmental Management System is important part of sustainability, epically related to industry. According to ISO 14000 the term Environmental Management means management with respect to all environment components. The Environmental Management System is part of an overall management system of the organization. The System include organizational aspects, planning activities, responsibilities, procedures, procedures for developing, implementing, achieving, reviewing and maintaining environmental management policy. The Environmental risk assessment also have important role in sustainable development. The final part of the chapter covers the concept of environmental risk assessment, environmental hazards and environmental risks, as well as risk analysis basic components. The main stages in the implementation of environmental risk assessment as well as benefits are also given in this chapter. Tehnologija igra vrlo važnu ulogu u održivom razvoju. Tehnologije koristimo za izdvajanje prirodnih resursa, modificiramo ih za ljudske potrebe i prilago55

đavamo našem životnom prostoru. Linearni model razvoja rezultuje u iscrpljivanju prirodnih resursa i dobijanja korisnih proizvoda. Ovaj model treba zamenuti održivim kao što je ciklični model razvoja. Glavne komponente oba modela date su u ovom poglavlju. Veoma je važno imatu jasnu sliku o razlikama između ova dva modela. Karakteristike cikličnog održivog razvoja, uloga tehnologije i karakteristike održive tehnologije date su nastavku poglavlja. Identifikacija, analiza i kvantifikacija mogućih uticaja proizvoda na životnu sredinu u toku svog životnog veka daje LCA (procena životnog ciklusa) metoda. Efekat našeg delovanja na na povećanje koncentracije gasova sa efektom staklene bašte (GHG) opisan je u Poglavlju 2.1.5 Ekološki otisak dok je odabir materijala za eko-dizajn dato u sledećem poglavlju. Održiva poljoprivreda i proizvodnja hrane zajedno doprinose ciljevima održivog razvoja. Održive tehnologije troše manje energije, manje ograničavaju resurse, ne iscrpljuju prirodne resurse, ne onečišćuju okoliš izravno ili neizravno, a moguće je recikliranje na kraju korisnog vijeka trajanja proizvoda. Upravljanje okolinom je važan segment u održivom razvoju. Termin okolinsko upravljanje po ISO 14000 znači upravljanje uz uvažavanje okolinske komponente. Sistem okolinskog upravljanja predstavlja dio ukupnog sistema upra­ vljanja organizacije, koji uključuje organizacione aspekte, aktivnosti planiranja, odgovornosti, postupke, postupke za razvoj, realizaciju, postizanje, preispitivanje i održavanje politike upravljanja okolinom. Analiza kao i procjena rizika takođe ima važnu ulogu održivom razvoju. Poslednji deo poglavlja govori o konceptu procene okolišnog rizikau, okolišne opasnosti i okolišni rizici kao i glavne sastavnice analize rizika. Glavni koraci u primeni proceni okolišnog rizika kao benefiti dati su takođe dati i u ovom poglavlju. 2.1

Ciklički održivi razvoj Cyclic sustainable development Vineta Srebrenkoska Univerzitet Goce Delčev, Tehnološki-tehnički fakultet, Štip Republika Makedonija Midhat Jašić Univerzitet u Tuzli, Tehnološki fakultet Tuzla Bosna i Hercegovina Slobodan Sokolović Univerzitet u Novom Sadu, Tehnološki fakultet Novi Sad Srbija Ramzija Cvrk Univerzitet u Tuzli, Tehnološki fakultet Tuzla Bosna i Hercegovina

Nagli porast ljudske djelatnosti od vremena industrijske revolucije izazvao je potrošnju ogromnih količina resursa i energije koji su konzumikarakteristike 56

rani u relativno kratkom vremenu. Masovna potrošnja i veliki nivo proizvodnje imaju značajan uticaj na ekologiju Zemlje, iscrpljivanje neobnovljivih resursa i izazivanje ekoloških problema koji dovode do zagađenja zraka, vode i tla. Sadašnji obrazac neodrživosti, nepravednog, nestabilnog i asimetričnog demografskog i privrednog rasta pritišće mnoge segmente društva da se suprostave kritičkom izazovu: kako bi društva diljem svijeta mogla zadovoljiti svoje trenutne, osnovne ljudske potrebe, težnje i želje, bez mogućnosti ugrožavanja budućih generacija za zadovoljenjem vlastitih potreba? (Malone 1994). Održivi razvoj nudi novi način razmišljanja koji je povezan s ljudskim zahtjevima za poboljšanje kvalitete života uzimajući u obzir ograničenja koja nam nameće naš globalni sistem. To zahtijeva jedinstvena rješenja za poboljšanje našeg stanja, ali bez degradiranja okoliša i dobrobit drugih ljudi. Iako ne postoji opšta saglasnost o preciznom značenju održivosti, većina tumačenja i definicije pojma “održivi” odnosi se na održivost prirodnih resursa i ekosistema tokom vremena, te održavanje životnog standarda ljudi i privredni razvoj (National Science and Technology Council 1994). Održivost je odnos, ili akt balansiranja, između više faktora (socijalne, ekološke i ekonomske stvarnosti i ograničenja), koji se stalno mijenjaju. Održivi razvoj je proces promjena u organiziranju i reguliranju ljudskih nastojanja da mogu zadovoljiti svoje potrebe i težnje sadašnjih generacija, bez zatvaranja mogućnosti za buduće generacije, kako bi i one zadovoljile vlastite potrebe. Budući da je održivost dinamičan koncept, a ne statičko stanje, ona zahtijeva fleksibilnost u donošenju odluka i spremnost na modificiranje pristupa u skladu s promjenama u okolini, ljudskim potrebama i željama ili tehnološkog napretka. To znači da aktivnosti koje doprinose održivosti danas, mogu se smatrati štetnima sutra, ako je kontekst promijenjen. Osiguranje održivosti vremenom znači održavanje dinamičke ravnoteže između rasta ljud­ske populacije i njihovih zahtjeva, promjenu mogućnosti okoline da apsorbira otpad ljudskih djelatnosti, promjenu mogućnosti uz primjenu novih znanja i tehnološke promjene kao i vrijednosti, te spremnost institucija da kreiraju ljudsko ponašanje u skladu sa tim promjenama (Weston1995). Vizije održivog svijeta moraju se promijeniti kao odgovor na promjene u bilo kojem dijelu ovog dinamičnog odnosa. Područje održivog razvoja može se konceptualno podijeliti u tri sastavna dijela: održivost okoline, ekonomsku održivost i održivi razvoj, a sve u formi održivog životnog stila ljudi.

57

Slika 2.1. Koncept održivosti. Slika pokazuje zastupljenost pitanja koja obuhvaćaju održivost. Održivost je odnos između sociokulturnih, ekoloških i ekonomskih faktora i zapravo su odnosi između tih pitanja prilično složena. Figure 2.1. The Concept of Sustainability. This figure is one representation of the issues which comprise sustainability. Sustainability is relationships between sociocultural, environmental, and economic factorс and in fact the relationships between these issues are quite complex.

2.1.1 Uloga tehnologije The Role of technology U skladu sa sistemom održivosti potrebno je koristiti tehnologije s namjerom i promišljeno. Neophodno je razvijati i koristiti tehnologije misleći na održivost. Izraz “tehnologija” znači “primjena znanja u postizanju određenih ciljeva ili rješenja pojedinih problema”. Dakle, tehnologije uključuju ne samo fizičke alate koje koristimo u interakciji sa našom okolinom, već i simbole, postupke i druge nematerijalne faktore djelovanja, kao što su jezik i ekonomske transakcije, koje omogućavaju kontakte između ljudi i omogućavaju provođenje aktivnosti koje će dovesti do rješenja problema (Moore 1972, p. 5). 2.1.2 Karakteristike održivih tehnologija Sustainable Technology Characteristics Održiva tehnologija je ona tehnologija koja promovira društvena kretanja prema održivosti, odnosno, tehnologija koja se dobro uklapa s ciljevima održivog razvoja. Održive tehnologije su praktična rješenja za postizanje ekonomskog razvoja i zadovoljstva ljudi u skladu s okolinom. Ove tehnologije služe za doprinos, podršku ili unapređenja održivog razvoja uz smanjenje rizika, pove58

ćanje isplativosti, poboljšanje učinkovitosti procesa i stvaranje procesa, proizvoda ili usluga koje su ekološki korisni. Da bi neku tehnologiju kvalificirali kao ‘’održivu tehnologiju’’, ta rješenja moraju imati sljedeće karakteristike, uz već postojeće zahtjeve i ograničenja (npr. ekonomsku održivost): • minimalno korištenje neobnovljivih izvora energije i prirodnih resursa, • zadovoljavanje ljudskih potreba uz uvažavanje prirodnog i kulturnog nasljedstva, • minimalan negativan uticaj na Zemljin ekosistem. Minimiziranje potrošnje Minimizing Consumption Korištenje neobnovljive energije i prirodnih resursa treba svesti na minimum, jer njihova povećana potrošnja ima za posljedicu povećanje poremećaja odnosa materijala i energije, što ih čini manje korisnim za buduću upotrebu. Izlažući materijale i energiju procesima potrošnje možemo smanjiti njihov potencijal korištenja sadašnjim i budućim generacijama (Roberts 1994, Rees 1990). Stoga, treba smanjiti potrošnju materije i energije što je više moguće, ili ‘’uraditi više sa manje’’, temeljni je cilj održivosti. Održavanje potrebe stanovništva Maintaining human needs Održive tehnologije moraju u potpunosti zadovoljiti potrebe stanovništva, a i namijenjene su da služe potrebama stanovništva. U ispunjavanju tih potreba, tehnologija mora uvažiti sklonosti i kulturne razlike ljudi. U nekim slučajevima ove postavke mogu biti u sukobu s ekološkim i ekonomskim kriterijima. To ne znači da sklonosti ljudi treba zanemariti, a nivo ispunjenja potreba pokazuje razliku između života i preživljavanja. Minimiziranje negativnih uticaja na okolinu Minimizing the negative impact on the environment Stvaranje minimalnih negativnih utjecaja na okolinu, kao i maksimiziranje pozitivnih utjecaja, važan je cilj održivosti okoline jer se sastoji od ekosistema čije je očuvanje bitno za ljudski opstanak na Zemlji (Goodland 1992). Uprkos širokom rasponu stajališta i mišljenja na temu održivosti, postoji opšta saglasnost da je trenutni, uglavnom zastupljeni, linearni razvoj, koji zanemaruju ograničenja materijala ili potrošnje energije, neodrživ. Na Slici 2.2 (Roberts 1994), prikazan je pristup modelu neodrživog linearnog razvoja. U ovom modelu, nekoliko sistema povezani su u linearni proces koji počinje sa obnovljivim i neobnovljivim prirodnim resursima, kao što su zrak, voda, tlo, mineralni ili biološki resursi.

59

Slika 2.2 Neodrživi linearni razvoj Figure 2.2 Unsustainable Linear Development (Roberts, 1994)

Okolišna degradacija se može posmatrati u okviru 5 podsistema. Podsistem 1 Eksploatacija i upotreba primarnih izvora Podsistem 2 Proizvodnja i korištenje energije Podsistem 3 Izvor za proizvodnju i preradu Podsistem 4 Transport i komercilazijacija proizvoda i usluga Podsistem 5 Potrošnja i upotreba proizvoda i usluga Eksploatacija i korištenje primarnih prirodnih resursa osigurava ulaze u pro­ izvodnju i korištenje energije i industrijske procese. Tako Izlazi iz Podsistema 1 postaju glavni ulazi za dva podsistema: proizvodnju (Podsistem 2) i upotrebu energije (Podsistem 3), čiji je izlaz kritičan ulaz u sve posisteme u linearnom procesu. Resurs prerade i proizvodnje, čiji je izlaz skup određenih proizvoda ili usluga u industriji, prenosi se i komercijalizira u Podsistemu 4. Linearni proces završava se upotrebom i potrošnjom proizvoda ili usluga koje generira industrijski sistem u svim segmentima društva (Podsistem 5). Ovaj proces ima dva dodatna izlaza iz svakog od svojih sistema, koji su u središtu mnogih problema sa kojima se suočava svijet danas. To su povećanje količine opasnog i neopasnog otpada, te povećanje nivoa uticaja na okolinu.

60

Proces je linearan, jer ulazni materijali ulaze u Podsistem 1 i kreću se u jednom smjeru kroz sistem do Podsistema 5, a zatim su izmješteni, prolaze kroz sistem samo jednom bez kruženja materijala. Situaciju još više pogoršava činjenica da je ovaj linearni proces potaknut stalnim povećanjem potražnje za korištenjem i potrošnjom proizvoda i usluga, stvarajući pritisak za daljnje iskorištavanje prirodnih resursa, kao i za daljnji porast proizvodnje energije, preradu resursa i proizvodnih kapaciteta. Ovaj stalni rast je stvorio tri ozbiljna problema: • osiromašenje prirodnih resursa • gomilanje otpada i • degradaciju okoliša. To su izazovi koji se moraju rješavati a u cilju postizanja održivosti. 2.1.3 Okviri za održivu industriju A framework for a sustainable industry Za preusmjeravanje razvoja održivosti mora biti usvojen novi način razmišljanja. Ciklički proces održivosti je direktan odgovor na izazove i probleme koje predstavlja neodrživi linearni proces opisan na Slici 2.2 (Roberts, 1994), a nudi mehanizam za postupno prevladavanje problema neodrživosti. Primjer održivog sistema prikazan je na Slici 2.3. (Roberts, 1994). Ovaj sistem pokazuje kako implementirati dva od tri kriterija za održive tehnologije: štednju pri korištenju neobnovljivih izvora energije i prirodnih resursa, i minimalan negativan uticaj na ekosistem Zemlje.

Slika 2.3. Ciklički proces održivog razvoj Figure 2.3. Cyclic Sustainable Development Process (Roberts, 1994)

Integrirani sistem takođe uključuje ukupno pet podsistema, kako je ranije opisano, kao dio linearnog sistema, a osim toga, to uključuje četiri nova podsistema, svaki kao odgovor na specifične izazove održivosti: 61

Podsistem 6 Upravljanje prirodnim resursima Ovim se rješava upravljanje korišćenje obnovljivih prirodnih resursa na način koji osigurava održivost, odnosno permanentu zadovoljenje potražnje. U isto vrijeme, podsistem za upravljanje prati i kontrolira korištenje neobnovljivih prirodnih resursa kako bi se spriječila njihova ukupna eksploatacija. Podsistem 7 Obnova resursa Podsistem rješava potrebu za obnovom i recikliranjem odabranih resursa i proizvoda iz otpada. Obnovljeni resursi onda će postati ulazi za pet osnovnih podsistema u linearnom okviru. Oni također doprinose smanjenju količina otpada koji zahtijeva odlaganje. Podsistem 8 Odlaganje otpada Podsistem ukazuje na količinu otpada koja se neminovno mora odložiti. Odlaganje mora biti izvedena na način koji nije štetan za okoliš. Podsistem 9 Tehnologija za zaštitu okoliša Prevencija. Strategije i mehanizme koji ublažavaju uticaj na okoliš u korijenu, prije nego se taj uticaj dogodi, kroz primjenu očuvanja, sprečavanja onečišćenja, monitoring i vrednovanje strategija upravljanja. Ovaj podsistem također uzima u obzir da su neke štete za okoliš već učinjene, te da su nužne korektivne akcije kao što su sanacija ili obnova. Održive tehnologije bi trebale usvojiti ovaj ciklički zatvoreni sistem. U ovom sistemu izbjegava se nastajanje otpada, umjesto toga, svi nusproizvodi koriste se kao ulazi u ponovnu proizvodnju ili kao ulazi u neke druge procese. Smanjenjem nastajanja otpada, smanjuje se i uticaj na okoliš. Zbog niskog uticaja na okoliš u ovom sistemu, promjene okoliša će biti postepene, te će se okolinski ambijent moći prilagoditi i ostati zdrav. 2.1.4 Procena životnog ciklusa Life cycle assessment Procena životnog ciklusa (LCA – Life Cycle Assessment) predstavlja opšte prihvaćenu metodu koja se koristi za identifikaciju, analizu i kvantifikaciju mogućih uticaja proizvoda na životnu sredinu u toku životnog veka proizvoda, odnosno od ekstrakcije sirovina, preko proizvodnje, primene, recikliranja i konačnog odlaganja. Procena životnog ciklusa proizvoda obuhvata povezani skup jediničnih procesa (blokova proizvodnog ciklusa) u kojima se identifikuju i analiziraju materijalni i energetski tokovi a naročito sve otpadne tokove emisije u vazduh, vodu i zemlju (Slika 2.4). 62

Neophodno je ukazati na činjenicu da procena životnog ciklusa podrazumeva simplifikaciju često veoms složenih sistema, kao i subjektivne procene. Primena različitih LCA metoda, pa čak i primena ISO standarda 14040 za isti proizvod mogu dati neuporedive podatke

Slika 2.4. Šematski prikaz granica i elemenata životnog ciklusa proizvoda Figure 2.4 Schematic represetation of boundary and elements of the product life cycle

Na Slici 2.5 daju se faze LCA metode prema ISO1404 standardu. Prema ISO 14044 standardu procena životnog ciklusa se izvodi u četiri faze koje su međusobno povezane: 1. Faza: Definisanje cilja, predmeta i područja primene Ova faza obuhvata definisanje cilja, predmeta i područja primene u kojoj se vrši izbor metoda i postupaka analize, te određuje dubina i širina kao i nameravane upotrebe rezultata istraživanja. U ovoj fazi neophodno je definisati cilj zbog čega se primenjuje LCA metoda i u koje će se svrhe koristiti dobijeni rezultati analize. Faza određivanja cilja, predmeta i područja primene predstavlja kritičnu LCA fazu jer izbor podataka i rezultat analize (2. Faza – LCI) zavise od cilja i namene. U ovoj fazi definišu se sistem, granica sistema, potrebni podaci itd. Sistem se definiše kao zbir svih materijalnih i energetskih povezanih operacija kojima se obalja neka definisana funkcija. Sistem je od svoje okoline odvojen grani63

Slika 2.5. Faze LCA metode Figure 2.5. Phases of LCA methods

com sistema. Granicama sistema se definišu jedinični procesi koje treba da se uključe u anlizu životnog ciklusa u sistem proizvoda koji se posmatra. 2. Faza: Analiza inventara životnog ciklusa (LCI) Analiza inventara životnog ciklusa (LCI – Life cycle inventory) se odnosi na prikupljanje ulaznih i izlaznih materijalnih, energetskih i otpadnih tokova sistema proizvoda koji se posmatra. Za svaki pojedinačan proces u definisanom sistemu identifikuju se svi ulazni i izlazni tokovi (Slika. 2.6 ) 3. Faza: Procena uticaja životnog ciklusa (LCIA) na životnu sredinu LCIA (Life Cycle Inventory Assessment) predstavlja treću fazu ocenjivanja životnog ciklusa proizvoda čiji je cilj da oceni rezultate LCI analize (životnog ciklusa iventara) kako bi se ocenio njihov uticaj na životnu sredinu. Procena uticaja je kvantitativna i/ili kvalitativna metoda kojom se vrši klasifikacija, karakterizacija i vrednovanje raspoloživih podataka. Klasifikacija Klasifikacija predstavlja korak LCIA analize koja podrazumeva grupisanje prikupljenih podataka po pojedinim kategorijama uticaja. Na primer emisija 64

Slika 2.6 Ulazni i izlazni tokovi sistema Figure 2.6 Input and output flows of the system

metana, ugljen-dioksida i azot-suboksida dodeljuje se kategoriji uticaja koja je definisana kao globalno zagrevanje. Neki prikupljeni podaci mogu da imaju uti­ caj na dva ili više kategorija uticaja. Na primer, azoti oksida (NOx) istovremeno utiču naeutrofikaciju, zakišeljavanje zemljišta, fotohemijsku oksidaciju, pa i na ljudsko zdravlje. U Tabeli 2.1 dat je pregled nekih kategorija uticaja i opis kategorija uticaja Tabela 2.1. Opis kategorije uticaja Table 2.1. Impact categories description Kategorija uticaja Globalno zagrevanje Oštećenje ozonskog omotača Kiselost Stvaranje površinskog ozona Eksploatacija neobnovljivih resursa Ekotoksičnost

Opis uticaja Količina gasova izazivaju efekat staklene bašte (npr. CO2). Količina gasova koje izazivaju smanjenje ozonskog omotača (npr. CFC-11). Negativan uticaj SO2 U odnosu na efekat pri ispuštanju 1 kg etilena % ekspolatacije u odnosu na ukupne rezerve Količina otpadnih materija koji negativno utiču na zdravlje flore i faune.

65

Karakterizacija Predstavlja podfazu u kojoj se vrši grupisanje uticaja unutar kategorija. Pri karakterizaciji svakom elementu unutar neke od kategorije uticaja pripisuje se težina uticaja u zavisnosti od značaja njegovog uticaja na definisanu kategoriju uticaja. Relativan značaj pojedinih gasova sa efektom staklene bašte (ugljen-dioksid, metan, azot-suboksid) na globalno zagrevanje može se iskazati proračunom njihovih uticaja u odnosu na uticaj ugljen-dioksida koji se definiše kao referenti uticaj. Za pojedine gasove sa efektom staklene bašteovaj relativni značaj dobija se množenjem količine iz inventara životnog ciklusa i odgovarajućih faktora GWP (Global Warming Potential). Normalizacija Predstavlja potupak poređenja indikatora kako bi se obezbedili uslovi njihovog vrednovanja. Normalizacija vrednosti indikatora dovodi do bezdimenzionog faktora, koji odražava relativan značaj izračunatog štete u odnosu na referentnu vrednost. Normalizacija se može koristiti neposredno jedino ukoliko se usvoji da su svi indikatori kategorije uticaja od jednakog značaja. Smatra se da je glavni cilj normalizacije je da se uticaj pojedinih sistema proizvoda izraženih kroz opterećenje životne sredine dovede u vezu sa ukupnim opterećenjem u okruženju. Vrednovanje Predstavlja podfazu u kojoj se međusobno porede indikatori iz različitih kategorija. Poređenje se zasniva na proceni posledica na životnu sredinu. Vrednovanje predstavlja pridodavanje određenih brojčanih vrednosti (težina) pojedinim indikatorima kategorija uticaja na osnovu identifikacije njihovog značaja ili relevantnosti od strane ljudi. Za razliku od karakterizacije gde se meri značaj pojedinih elemenata unutar pojedine kategorije uticaja na vrednost indikatora, kod vrednovanja poređenje se vrši između kategorija uticaja. Vrednovanje je opcioni elemenat LCI faze i nije dozvoljena njegova upotreba u uporednim studijama (SRPS ISO 14040:2008). Vrednovanje je sporran element LCA analize, zato što uvodi u LCA analizu socijalne, političke i etičke aspekte. 4. Faza: Interpretacija rezultata Interpretacija rezultata je završna faza LCA metode u kojoj se analiziraju LCI ili LCIA podaci u skladu sa postavljenim ciljem, predmetom i područjem primene. Ostale LCA metode U literaturi javlju se različite metodologije procene životnog ciklusa proiz­ vo­da. Neke koje se često javljaju u praksi su:

66

Od kolevke do kapije delimična LCA metoda koja analizira životni ciklus proizvoda od sirovine do momenta transporta za tržište. Od kolevke do kolevke LCA metoda koja detaljno analizira i procese reciklacije (regeneracija ili rafinacija) posle upotrebe proizvoda, a u culju ponovnog korišćenja delova korišćenja proizvoda uz minimalni uticaj na životnu sredinu. Od kapije do kapije (Gate-to-Gate) LCA metoda koja se odnosi samo na proces proizvodnje Programi za primenu LCA metode U praksi se javlja veliki broj različitih programa i programskih paketa koji se koriste za primenu različitih delova ili varijanti LCA metoda: Bees 4.0 (NIST – National Institute of Standards and Technology) EcoCalculator (The Athena Institute) ECO-it 1.3 (Pré Consultants BV) EcoLab version 5.1.2 (Nordic Port AB) GaBi 4 (PE Product EngineeringGmbH) PEMS v4.6 (Pira International) Sima Pro 7.1 (PRé Consultants BV) Umberto 3.5 (IFU Institut für Umweltinformatik, Hamburg GmbH) Veoma je raširena primena GaBi 4 programa kao i Sima Pro 7.1 programa. GaBi 4 Program GaBi 4 predstavlja alat uz pomoć koga se ocenjuježivotni ciklus proizvoda. Program vrši proračun različitih tipova balansa i pomaže u analizi i interpretaciji rezultata. GaBi 4 je modularni sistem. To znači da planovi, procesi i tokovi, kao i njihove funkcijepredstavljaju modularne jedinice, a kao rezultat toga, dobija se jasna i transparentnastruktura, koja čini ovaj program lakim za upotrebu. Podaci o LCA, LCI, LCIA I modelima pažljivo su odvojeni jedni od drugih i zbog toga sevrši jednostavan proračun i upravljanje istim. Gabi 4 takođe omogućava modularni prikaz faza životnog ciklusa proizvoda. Pojedinačne faze (pro­izvodnja, upotreba i odlaganje)mogu se grupisati u kategorije i mogu da se obrađuju nezavisno jedan od druge. Sima Pro 7.1 Sima Pro 7.1 je softverski paket koji omogućava sakupljanje, analizu i monitoring ekološkihkarakteristika proizvoda. Sima Pro poseduje široke mogućnosti koje se prepoznaju kao: • Dostupnost u više verzija u zavisnosti od potreba korisnika; • Interfejs prema zahtevima ISO 14040; • Lako modeliranje pomoću vodiča (wizards-a); 67

• Grupisanje rezultata; • Analiza kritičnih tačaka; pomoću stabla procesa se identifikuju kritične tačke; • Velika mogućnost filtriranja svih podataka; Otvorena arhitektura SimaPro 7.1 čini ovaj program fleksibilniji. Transparentnost rezultata balansiranja je još jedna prednost SimaPro-a, koja obezbeđuje proračun eko balansa do različiti nivoa detaljnosti. 2.1.5 Ekološki otisak Ecological footprint Ekološki otisak je mera ljudskih potreba prema Zemljinom ekosistemu. Predstavlja standardizovanu meru potreba za prirodnim dobrima u odnosu na ekološku regenrativnui kapacitet ekosistema Planete. Može se izraziti se kao biološka produktivnost površine zemljišta i mora neophodne za snabdevanje potrebe ljudske populacije kao i mogućnosti asimilacije pripadajućeg otpada. Analiza ekološkog otiska upoređuje ljudske potrebe prema prirodi sa mogućnostima biosfere za regeneracijom resursa. Sledeći ovaj postupak procene moguće je izračunati koliko planete Zemlje je potrebno za održavanje datog stila života. Tako na primer, za 2007. godinu, ekološki otisak za celo čovečanstvo iznosilo je 1,5 planete Zemlje. Na kraju pregleda, pored vrednosti ukupnog ekološkog otiska, daje se otisak po kategorima: Ugljendioksid, Hrana, Domaćinstvo, Dobra i Usluge. Otisak se može proširiti na aktivnosti kao što je proizvodnja ili vožnja kola. (http://en.wikipedia.org/wiki/Ecological_footprint) Ugljenični otisak Carbon footprint Staklenički plinovi utiču na sposobnost Zemljine atmosfere zadržati toplinu. Viša koncentracija stakleničkih plinova u Zemljinoj atmosferi uzrokuje globalno zagrijavanje kroz „efekt staklenika“. Neki staklenički plinovi poput ugljičnog dioksida nastaju prirodno i emitiraju se u atmosferu kroz prirodne procese i ljudske aktivnosti. Drugi staklenički plinovi (npr. fluorinirani plinovi) stvoraju se i emitiraju isključivo kroz ljudske aktivnosti. Protokol iz Kyota identificirao je šest stakleničkih plinova: ugljični dioksid (CO2), metan (CH4), dušikov oksid (N2O), Hidrofluorugljici (HFCs), Perfluorugljici (PFCs) i sumpor heksafluorid (SF6), čije su atmosferske koncentracije pod snažnim uticajem ljudskih aktivnosti (Kyoto Protocol 1997). Najvažniji od stakleničkih plinova koji nastaju uslijed ljudskih aktivnosti je ugljični dioksid. Carbon footprin (CFP) je izraz koji se koristi za opisivanje količine stakleničkih plinova (GHG) uzrokovana pojedinačnim djelatnostima ili uopšte. To je mjera uticaja svih aktivnosti na okoliš i posebno na klimatske promjene. To se odnosi na količinu stakleničkih plinova proizvedenih u svakodnevnom životu, 68

kroz spaljivanje fosilnih goriva za proizvodnju električne energije, grijanje, prevoz i sl. Fosilna goriva, nastala od prirodnog sabijanja milione godina starih životinjskih i biljnih ostataka, sadrže ogromnu zalihu ugljika. Spaljivanjem tih goriva, kao što danas činimo sa gorivom automobila, aviona i elektrana, u relativno kratkom vremenu, u atmosferu se ispušta ugljik skupljan milionima godina. Ovo, ne samo da uzrokuje probleme sa atmosferskim onečišćenjem, jer emisija ugljičnog dioksida proizvedena izgaranjem fosilnih goriva stvara onečišćenja, nego također povećava i izolacijski sloj oko Zemljine atmosfere, tako da to mijenja klimu na planeti. Carbon footprint je mjerenje svih stakleničkih plinova koji se pojedinačno proizvode i imaju jedinicu u tonama (ili kg) ekvivalenta ugljičnog dioksida. Footprint obuhvata svih šest stakleničkih plinova iz Kyoto Protokola. Carbon Footprint se sastoji od zbira dva dijela: primarnog footprinta i sekundarnog footprinta. Primarni footprint je mjera direktne emisije stakleničkih plinova. Direktne izvore emisija stakleničkih plinova često je lako prepoznati – na primjer, spaljivanje fosilnih goriva za proizvodnju električne energije, grijanje i prijevoz. Moguća je njihova direktna kontrola. Sekundarni footprint je mjera indirektnih emisija stakleničkih plinova iz cijelog životnog ciklusa proizvoda koji se koriste, od njihove proizvodnje do njihovog eventualnog ekscesa u ekosistemu. Što se više kupuje proizvoda, više će emisija biti izazvano tokom vremena. Savremeno društvo treba biti svjesno da gotovo sve što radi stvara emisiju stakleničkih plinova, direktno ili indirektno, bilo da je to obavljanje posla, gledanje TV ili kupovanje prehrambenih namirnica i jela. Carbon Footprint je podskup podataka obuhvaćenih iz više cjelokupnih životnih ciklusa (Life Cycle Assessment-LCA). LCA je međunarodno standardizirana metoda (ISO 14040, ISO 14044) za procjenu okoliša i opterećenja resursa koji se troše u životnom ciklusu proizvoda, od eksploatacije sirovina, proizvodnje roba, njihovog korištenja od strane krajnjih potrošača ili za obavljanje usluga, recikliranje, obnavljanje energije i konačno zbrinjavanje. Jedan od ključnih uticaja koji se razmatraju u toku LCA je klimatska promjena, obično se koristi kao karakterizacija faktora za CO2 ekvivalenata. Dakle, carbon footprint je procjena životnog ciklusa s analizom ograničenom na emisije koje imaju utjecaj na klimatske promjene. Odgovarajući izvori podataka za footprint su, dakle, oni podaci dostupni u postojećim LCA bazama podataka. Ove baze podataka sadrže profile životnog ciklusa proizvoda i usluge koje smo kupili, kao i mnoge od osnov­ nih materijala, izvora energije, prijevoza i drugih usluga (Geodkoop, 2000). 2.1.6 Odabir materijala za eko-dizajn Selecting materials for eco-design Za odabir materijala u ekološkom dizajnu prvo se moramo pitati: koja faza životnog ciklusa proizvoda koji se razmatra ima najveći uticaj na okoliš? Ako proizvodnja materijala troši više energije od drugih faza životnog ciklusa pro­ 69

izvoda, ona postaje prvi cilj. Energija potrebna za oblikovanje materijala je obično mnogo manje od energije koja je potrebna za njegovu prvobitnu proizvodnju. Dakako, važno je štediti energiju u proizvodnji. No, često uticaji emisija i toksičnog otpada tokom proizvodnje bitno ovise o lokalnim okolnostima. Eko uticaj upotrebe energije proizvoda koji je koriste ovisi o mehaničkoj, toplinskoj i električnoj učinkovitosti, a minimiziran je povećanjem tih učinkovitosti (Dieter, G.E. 1991). Posljedice za okoliš koje proizvod ima u svojoj završnoj fazi vijeka trajanja imaju mnoge aspekte koji su sažeti u slijedeće smjernice: toksičnost, potencijal za recikliranje, kontrolirano izgaranje i biorazgradivost. Toksičnost Izbjegavanje toksičnih materijala, kao što su teški metali i organometalni spojevi jer njihovo odlaganje izaziva dugoročno onečišćenje tla i podzemnih voda. Potencijal za recikliranje Izbegavanje upotrebe materijala koji se ne mogu reciklirati, jer recikliranje može uštedjeti i materijal i energiju, te minimizira recikliranje materijala za koje je to moguće. Kontrolirano izgaranje Ako recikliranje nije nepraktično najbolji način za povrat energije je kontrolirano izgaranje. Biorazgradivost Korištenje materijala koji su biorazgradivi ili foto – razgradivi, iako su neprimjenjivi za odlagališta jer anaerobni uslovi unutar tih materijala više spriječavaju nego što pomažu njihovu degradaciju. Racionalan izbor materijala kako bi se zadovoljili ciljevi zaštite okoliša počinje identificiranjem faza života proizvoda na koje se to najviše odnosi: izbor materijala, proizvodnja proizvoda, korištenje proizvoda ili prodaja proizvod. Sve to zahtijeva suočavanje sa podacima vezanim, ne samo za očite eko-atribute (energiju, CO2 i druge emisije, toksičnost, sposobnost recikliranja, i sl.), već i za podatke vezane za mehanička, toplinska, električna i hemijska svojstva. Dakle, ako je materijal za proizvodnju u fazi razmatranja, izbor se temelji na minimiziranju sadržane energije ili pridruženih emisija (proizvodnja CO2, na primjer).Ali, ako se koristi faza koja je od interesa, izbor se temelji na drugim ograničenjima, na krutost, čvrstoća, cijene, itd (Geodkoop, M. Effting, S. and Collignon, M. 2000). 2.1.7 Održiva proizvodnja hrane Sustainable food production Velike površine zemljišta u svijetu pretvorene su u zemljište za poljoprivrednu proizvodnju. Upotreba tehnologija, goriva i hemikalija dramatično je porasla u ratarstvu i nastao je njihov hronični uticaj na poljoprivredu. Održiva 70

poljoprivreda i proizvodnja hrane kombinira ciljeve zaštite okoliša, privrednog zdravstva i socijalne jednakosti. Kako bi se osigurala održiva proizvodnja hrane, dati su osnovni ciljevi i pristupi za postizanje održivosti (Vollenbroek F. A. 2002): • Zemljište ostaje najveća baza resursa za sva društva i jedno je od univerzalnih oblika bogatstva. Kulturni položaj koji se razvija na bilo kojem mjestu snažno odražava karakter i kvalitet zemljišta. • Zemljište i kvalitet tla su ograničeni resursi, pretjerano korištenje tla je dugoročni oblik degradacije, a oporavak traje dugi vremenski period. Bez obzira na okolnosti, zemlja će ostati primarna baza iz koje se dobija ljudska hrana. • Osnova poljoprivrednog zemljišta je već razvijena u gotovo svim zemljama. Nedavna stopa pretvorbe zemljišta je intenzivna; više zemljišta je pretvoreno u žitnice od 1945. nego u 18. i 19. stoljeću zajedno. Preostalo zemljište može pomoći poljoprivredi, ali neće biti tako produktivno. • Razvoj dodatnih zemljišta u poljoprivredne svrhe će zahtijevati značajna ulaganja za povećanje plodnosti tla, dostupnost vode, odvođenje viška vode, navodnjavanje i kontrolu erozije zemljišta. • Klimatske promjene će, na nepoznat način, promijenite opseg i distribuciju zemljišta pogodnog za poljoprivrednu proizvodnju, što zahtijeva unapređenje modela proizvodnje usjeva. • Tradicionalni poljoprivredni sistemi, od kojih su neki održivi, nestaju. • Inputi nefosilnih goriva (npr. voda, fosfor) za industrijsku poljoprivredu također su ograničeni i treba upravljati s njima oprezno. • Trend globalnog privrednog razvoja ide prema povećanju globalne međuovisnosti hrane i energenata, tržište hrane je globalno, što stvara rutinu za prehrambene artikle, koji se prevoze na velike udaljenosti u odnosu na mjesto gdje su uzgojeni. • Nedostatak novca u kombinaciji s visokom gustinom naseljenosti potiče iskorištavanje zemljišta i povećava pritisak na izvoz proizvoda, čime se stvaraju neodrživi uslovi. • Upravljanje tlom kako bi se poboljšao i zaštitio kvalitet tla, prepoznat je kao savremeni sistem; zdravo tlo je ključ za dugoročnu produktivnost. • Za učinkovito i humano korištenje inputa za kretanje prema praksi održivog uzgoja, nije dovoljno zamijeniti sintetički proizvod za prirodni. To također znači zamjenu potpunijeg naučnog razumijevanja tih sintetičkih ili konvencionalnih ulaza. 2.1.8 Zaključci Conclusions 1. Industrijska proizvodnja je najveći potrošač prirodnih materijalnih dobara a time je i najveći zagađivač ukupnog ekosistema. 71

2. Postoje dva osnovna pristupa u rješenju održivosti: ciklički proces održivog razvoja – ana­lize životnog ciklusa materijala (life cycle analysis) i linearni proces. 2.2

Upravljanje okolinom Environmental management Mitar Perušić Univerzitet u Istočnom Sarajevu, Tehnološki fakultet Zvornik Bosna i Hercegovina Husjein Keran Univerzitet u Tuzli, Tehnološki fakultet Tuzla Bosna i Hercegovina

Životna sredina, okolina ili okoliš predstavlja sve ono što nas okružuјe, odnosno sve ono sa čime јe direktno ili indirektno povezana čovekova životna i proizvodna aktivnost. Prirodna sredina predstavlja blizak poјam pri čemu ovde ne moraјu biti prisutne aktivnosti čoveka niti čovek mora imati direktnih uticaјa. Ipak, u pogledu tehnološkog napretka, razvoјa industriјe i sve većeg uticaјa čoveka na globalnom nivou na prirodu i ekosisteme granica između ova dva termina postaјe sve neјasniјa. Deklaracijom o okolini i razvoju iz Rio de Žaneira iz 1992. godine sa Konferencije UN o okolini, promovisan je skup od 27 principa, djelimično fokusiranih u tri osnovna pravca djelovanja, koje treba da pomognu definisanju i ostvarenju politike u oblasti zaštite okoline – studije uticaja na okolinu, princip „zagađivač plaća“ i prevencija, kao i transparentnost u smislu učešća javnosti. Zaštita okoline i zaštita prirode su dva osnovna zakonska koncepta pristupa okolini. Tokom svoјih aktivnosti, koјe mogu biti urbanizaciјa* ili eksploataciјa, čovek menja prirodno okruženje i to često tako što narušava prirodnu okolinu. Izgradnjom hidrocentrala i akumulaciјa, sečom šuma, pošumljavanjem, eksploa­ taciјom mineralnih sirovina, stvaranjem deponiјa, emisiјom gasova, nuklearnim probama i dr. čovjek utiče na promjenu čitavih područјa. Kao rezultat čovekovih aktivnosti dolazi do promena ili narušavanja ekosistema i klimatskih promena na lokalnom i globalnom nivou. Životna sredina se može posmatrati kao petokomponentni sistem koјi čine: • atmosfera • hidrosfera • litosfera • zemljište • organizmi * Urbanizaciјa (od latinskog urbs – „grad“) јe naziv koјim se označava prirodni ili mehanički prirast stanovništva u gradskim područјima, širenje gradskih područјa, odnosno transfor­ maciјa pretežno seoskih karakteristika nekog područјa u gradsko.

72

Svaki od ovih elemenata povezan јe јedan sa drugim ali se radi lakšeg registrovanja i praćenja promena oni posmatraјu odvoјeno (Wikipedia, 2011). Zaštita okoline se odnosi na područja namenjena urbanizaciji, privredi tj. industriji, saobraćaju, poljoprivredi, kao i druge čovjekove aktivnosti, dok se za­ štita prirode odnosi na područja posebne prirodne vrijednosti u kojima je dozvoljeno, ili je veoma ograničeno, unošenje promjena u prirodne sadržaje. Zaštita okoline je evoluirala u nešto aktivniji koncept – tzv. okolinsko upravljanje. Termin okolinsko upravljanje po ISO 14000 znači upravljanje uz uvažavanje okolinske komponente. Sistem okolinskog upravljanja predstavlja dio ukupnog sistema upravljanja organizacije, koji uključuje organizacione aspekte, aktivnosti planiranja, odgovornosti, postupke, postupke za razvoj, realizaciju, postizanje, preispitivanje i održavanje politike upravljanja okolinom. Osnovni elementi upravljanje okolinom sistema su: opredijeljenost rukovodstva o potrebi uvođenja sistema upravljanja okolinom, formulisanje okolinske politike, planiranje aktivnosti, provoženje planiranog, mjerenje rezultata, vrednovanje dostignutih rezultata i stalno poboljšanje. Koncepcija EMS sistema zasnovana je na uvoženju sistemskog i logičku uspostavljneog postupka okolinskog upravljanja na načn da organizacija lakše spriječi i kontroliše nepovoljne uticaje na okolinu koji se odražavaju kroz rad iste. 2.2.1 Serija standarda ISO 14000-nastanak i razvoj ISO 14000 series Prvi standard iz oblasti upravljanje životnom sredinom* ili okolinom (EMS – Environment Management System)** je bio standard BS 7750 objavljen od strane Britanskog institute za standardizaciju (BSI) 1992. godine. Ovaj standard je u praksi i bio model za razvoj cijele serije standard ISO 14000 od strana Međunarodne organizacije za standardizaciju (ISO)***, tako je praktično i bio polazna osnova za eko-menadžment i audit šemu Evropske unije (EMAS – Eco-Management and Audit scheme)****. Međunarodna organizacija za standardizaciju kao i svaki publikovani međunarodni standard odražava interese različitih zemalja kao i različitih interesnih grupa, dok EMAS odražava interese vodećih zemalja EU predvođenih u ovom konkretnom slučaju Nemačkom, koja je imala ključnu ulogu u razvoju istog. EMAS predstavlja dobrovoljni koncept za upravljanje okolinom i provjeru, koji omogućava organizacijama da verifikuju svoj sistem upravljanja zaštitom životne sredine u skladu sa odgovarajućom Uredbom Evropskog parlamenta i Savjeta (br. 1221/2009). Kroz EMAS III koji je na snazi od januara 2010. godine, omogućeno je uključivanje u zvanicni * Životna sredina, okolina ili okoliš. ** Eng. Environment Management System-EMS. *** International Organization for Standardization-ISO. **** European Union Eco-Management and Audit scheme-EMAS.

73

EMAS registar I organizacijama van EU. EMAS sadrži u sebi sve zahtjeve ISO 14001 standarda, kao I dodatne zahtjeve. Da bi organizaciјa bila registrovana od strane EMAS-a potrebno јe da: • posjeduјe Politiku zaštite okoline, • kontinuirano potvrđuјe sprovođenje definsane Politike okoline, • definiše ciljeve organizaciјe u skladu za državnom i politkom EU o okolini, • sprovodi mjere zaštite okoline, • redovno izvještava o stanju i mjerama okoline čemu se pridaje poseban značaj. ISO 14001- predstavlja specifične zahtjeve u pogledu upravljanja okolinom i kao takav je finaliziran 1996. Godine, obzirom na istu osnovu-BS 7750, ako neka organizacija ispunjava uslove u pogledu EMAS-a potrebnoje da uloži minimalne napore da ispuni i zahtjeve ISO 14001. Karakteristike ISO 14000 ISO 14000 caracteristics Danas serija standarda ISO 14000, pokriva dvije ključne oblasti evaluacija ili vrednovanja sistema ili organizacije ili okolinske prakse, prva oblast su tzv. organizaciona pitanja a druga oblast su izlazi, tj. proizvodi, usluge ili procesi. Tabela 2.2. Oblasti ISO 14000 Table 2.2 ISO 14000 fields Organizacijska evaluacija Upravljanje okolinom ISO 14001; 14004 Evaluacija okolinskih performansi ISO 14014; 14015; ISO 14031 Okolinska provjera ISO 14010; 14011; 14012; 14013; 14014 Proizvodi, usluge, procesi Ocjena životnog ciklusa ISO 14040, 14041; 14042; 14043 Okolinsko označavanje ISO 14020; 14021; 14022; 14023, 1402x Okolinski aspekti u proizvodnim ISO 14060 standardima

Standardi serije ISO 14000 ISO 14000 standards Standardi serije ISO 14000 je globalni naziv za skup standarda koji su pisani za uspostavu sistema zaštite životne sredine, na isti način na koji su pisane forme ISO 9000 koje su zadovoljile potrebe za sistemom osiguranja kvaliteta roba i usluga. Između ISO 9000 i ISO 14000 postoji vrlo jaka paralela. U okviru ISO 14000 serije standarda, temeljni standard koji propisuje dobre prakse u upravljanju zaštitom životne sredine je ISO 14001 koji specificira različite zahtjeve koji moraju biti zadovoljeni u postavljanju učinkovitog EMS-a kako bi onečišćenja i drugi incidenti po životnu redinu bili svedeni na minimum. 74

Zahtjevi u ISO 14001 su pisani na uopšten način, tako da standard može biti primjenjen u različitim granama industrije i u različitim geografskim društvenim uslovima. Smjernice određuju različite postupke koje treba provesti u EMS tako da se uspješno umanji šteta po životnu sredinu uzrokovana poslovanjem i aktivnošću kompanije. Standard ne propisuje postupke kako se postupci zaštite životne sredine trebaju provesti u svakoj od pojedinačnih situacija ali ne propisuje nivo onečišće­ nja ili druge parametre po kojima se mogu mjeriti uticaji na životnu sredinu osim što daje minimum ekoloških ciljeva koji moraju biti definisani i uvršteni. Neki uobičajeni primjeri ekoloških primjera postavljeni zakonskim regulativama su ograničenja zagađenja vazduha i vode, upravljanje otpadom i smanjenje nastanka otpada. Iza takvih zakonskih ograničenja i drugih uticaja na životnu sredinu koji podlježu zakonskim regulativama, ISO 14001 priznaje da određena onečišćenja i drugi ekološki ciljevi moraju biti u ravnoteži sa troškovima za ostvarenje određenih ciljeva i ekonomske dobiti kompanije. Dakle, ISO 14001 propisuje to da kompanija postavlja ekološke ciljeve koji su razumno ostvarivi na prihvatljiv ekonomski trošak. „Razumno ostvariv“ zavisi od uslova pod kojima kompanija posluje i vrste industrije i aktivnosti koje uključuje. Konačno, ono što je „razumno“ i „ostvarivo“ je pitanje za diskusiju i obično je predmet rasprave sa EMS auditorima. ISO 14001 standard propisuje da je kompanija dužna uspostaviti politike životne sredine koje identifikuju sve potencijalne ekološke učinke koji proizilaze iz njihovih aktivnosti i provodi postupke dizajniranja kako bi se smanjili učinci unutar postavljenih granica uz prihvatljiv ekonomski trošak. ISO 14001 također propisuje postojanje opredjeljenosti za ocjenu rada politike i njeno stalno poboljšanje u cilju smanjenja štete na životnu sredinu. Kao što je već spomenuto, ISO 14001 je standard proizašao iz seta standarda i poznat je i kao serija ISO 14000. Međutim, to znači da ISO 14001 sebi postavlja niz zahtjeva za postizanje učinkovitog upravljanja zaštitom životne sredine. Drugi standardi u seriji su samo vodiči koji pružaju pomoć u tumačenju i provedbi raznih zahtjeva propisanih u standardu ISO 14001. Glavni zahtjevi ISO 14001 su: • Temeljni zahtjevi EMS: o Identificirati i procjeniti uticaj na životnu sredinu svih aktivnosti poslovanja, o Uzeti u obzir sve operacije organizacije i aktivnosti koje su identificirane kao potencijalni ili stvarni uticaj na životnu sredinu i postaviti ciljeve zaštite životne sredine koji su prikladni za opseg i uticaj poslovanja ali unutar ograničenja što je tehnički moguće i ekonomski pristupačno, o Bez obzira na troškove, osigurati da organizacija u skladu sa relevantnim zakonskim regulativama uskladi svoje operacije koje mogu biti predmetom u odnosu na njihov uticaj na životnu sredinu. 75

o Nužna je stalna kontrola i poboljšanja gdje god je to moguće, o Potrebno je sve aspekte koji imaju uticaj na životnu sredinu i politike životne sredine prevesti i propisati u dokumentaciju koja je dostupna za javnost. • Svaki zaposlenik mora u potpunosti biti predan sistemu upravljanja zaštitom životne sredine, • Odgovarajući komunikacijski lanac mora biti uspostavljen kako bi se osiguralo da sistem upravljanja životnom sredniom djeluje učinkovito, • Odgovornost za provedbu, upravljanje i reviziju sistema upravljanja životnom sredinom mora biti određena jedna osoba, • Ključne karakteristike koje imaju značajan uticaj na životnu sredinu moraju se redovno nadzirat i mjeriti a rezultati moraju biti dokumentovani, • Svi instrumenti i oprema koja se koristi za mjerenje performansi sistema upravljanja životnom sredinom mora biti ispravna i redovno kalibrisana, • Sve vanredne situacije koje mogu nastati u poslovanju i aktivnosti, organizacija mora identificirat kao i ocijeniti njihov potencijalni uticaj na životnu sredinu, • Odgovarajuće procedure moraju biti uspostavljene i dokumentovane za odgovaranje na izvanredne situacije koje mogu uzrokovati štetu po životnu sredinu, • Potrebe za obukom za sve zaposlenike organizacije čije aktivnosti mogu uticati na životnu sredinu moraju biti identifikovane i sprovedene, • Redovna revizija mora biti provedena kako bi se osiguralo da sistem upravljanja životnom sredinom radi na zadovoljavajući način i ostvaruje postavljene ciljeve zaštite okoliša na način koji se to od kompanije očekuje, • Temeljna odgovornost za provedbu i uspješno djelovanje sistema upravljanja životnom sredinom leži u menadžmentu organizacije koji mora osigurati adekvatne resurse po uvjetom da daju podršku EMS Ovi resursi moraju uključiti zaposlenike sa potrebnim vještinama kao i finansijska sredstva potrebna za kupovinu opreme i svih ostalih potrebština, Menadžment kompanije mora redovno kontrolisati sistem upravljanja životnom sredinom. Da bi to učinili, menadžment mora stalno tražiti izvještaje o provedbi zahtjeva sistema upravljanja životnom sredinom, od osoba(e) koju je imenovala kompanija kao osobu odgovornu za provedbu istog, te nakon što pregleda izvještaje, uraditi sve potrebne radnje za izmjenu EMS-a u cilju poboljšanja poslvanja kompanije u skladu sa zaštitom okoline. Ova kontrola menadžmenta mora biti uz, a ne umjesto, redovne unutrašnje i vanjske revizije koje se inače provode.

76

Dokumentacija ISO 14001 i njegova integracija sa ISO 9001 Documents of ISO 14001 and ISO 9001 integration U novim revidiranim izdanjima standard, sistemi menadžmenta (okoline, kvalieta, hrane, sigurnosti na radu, energetskih sistama i dr.) imaju sve više sličnosti među sobom. Mada standard za integrisane sisteme menadžmenta (IMS) još uvek ne postoji u izdanju ISO postoje mnoge inicijative koje promovišu integraciju. Postoji povećana kompatibilnosti svakog od standarda u smjeru jedinstvene strukture i sadržaja. IMS se zasniva na zajedničkom okviru, uz proširenja koja se odnose na standarde za kvalitet, zaštitu okoline i zdravlje i bezbjednost na radu, a koja pokrivaju specifične zahtjeve za odgovarajuću oblast. Najčešće u praksi se provodi integracija sistema upravljanje okolinom sa sistemom upravljanja kvalitetom po zatjevima ISO 9001:2008 (poslednji revidirani standard). U Tabeli 2.3. na pregladan način prikazana je struktira dva navedena standard ali je svakao za jednu organizaciju na praktičan način poželjna integracija vise nezavisnih sistema, jer sistemi u principu i predstavljaju “tkiva” jednog zajedničkog “organizacionog organizma”. Sličnost u postupcima između ova dva standarda znači da ukoliko kompanija već ima ISO 9001 sistem, rukovodilac sistema za kvalitet i sistema odgovornog za zaštitu životne sredine će biti u mogućnosti da rade zajedno odnosno u slučaju malih oranizacija jedna osoba može obavljati obje uloge. To znači da se mnoge procedure i obilježja kvaliteta ISO 9001 mogu prilagoditi sistema upravljanja zaštitom životne sredine, što u znatnoj mjeri pojednostavljuje postupak izrade i provedbe EMS-a. Međutim ova prilagodba ne smije zanemariti činjenicu da i ukoliko postoje sličnosti između ova dva standarda da postoje i važne razlike koje treba uzeti u obzir, što je prikazano u prethodnoj tabeli. Na primjer, dok se ISO 9001 primarno bavi zadovoljavanju zahtjeva kupaca, ISO 14001 mora zadovoljiti javnost kao i ostale zainteresovane strane (Alan, 2004).

77

Politika zaštite životne sredine

Planiranje

Aspekti životne sredine

4.3.

4.3.1.

Zahtevi sistema upravljanja životnom sredinom Opšti zahtevi

4.2.

4.1.

4

Zahtev ISO 14001

Zahtev ISO 9001

5.5.

Politika kvaliteta

Dokumenta ISO 9001

X

Primena i za ISO 14001 Procedura za identifikaciju aspekata životne sredine Metodologija za identifikaciju aspekata životne sredine Lista aspekata

Politika životne sredine Uputstvo za upoznavanje zainteresovane javnosti

Dokumenta ISO 14001

Zapis o preispitivanju

Zapisi ISO 9001

X

X

Podaci o klimi Podaci o opasnim materijama Analiza ulaza/izlaza Šema tekoloških tokova

Podaci o lokaciji

Pregled značajnih aspekata

Zapis o dostupnosti Politike zainteresovanoj javnosti

Početno preispitivanje Zapis o upoznavanju zaposlenih

Zapisi ISO 14001

Tabela 2.3 Dokumentacija za ISO 14001 i primjeri dokumentacije za njegovu integraciju sa ISO 9001 (Qualitass education, 2005). Table 2.3 ISO 13001 documents and documents implementation for integration in ISO 9001 standard (Qualitass education, 2005). Primena i za ISO 14001

78

79

Zakonski i drugi zahtevi

4.2.

4.4.

Uvođenje i sprovođenje

Opšti i posebni ciljevi, Programi 4.2.1. 4.3.3. upravljanja 5.4. zaštitom životne sredine

4.3.2.

X

Registar granskih propisa

X

X

Registar standarda

Procedura za planiranje sistema menadžmenta

X

X

Registar važećih zakonskih propisa

Procedura za upra­ vljanje zakonskim propisima (može i u okviru procedure za upravljanje dokumentacijom sistema menadžmenta)

(oni koji se odnose na životnu sredinu)

(oni koji se odnose na životnu sredinu)

Ciljevi kvaliteta, Program upravljanja zaštitom životne sredine

Lista odgovornih (oni koji se odnose na osoba za primenu životnu sredinu) pojedinih zakonskih propisa

Zapis o kontrolisanoj distribuciji zakonskih propisa

X

X

X

Program upravljanja zaštitom životne sredine

Spisak licenci

Spisak dozvola i odobrenja

(oni koji se odnose na životnu sredinu)

(oni koji se odnose na životnu sredinu)

80

Zahtev ISO 9001

5.5.

6.2.

Zahtev ISO 14001

Organizaciona 4.4.1. struktura i odgovornost

Stručna osposobljenost, 4.4.2. svest i kompetentnost

Tabela 2.3 nastavak 1

X X

Program obuke

X

Procedure obučavanja Plan obuke

X

X

X

Organizaciona šema

Opisi poslova sa definisanom odgovor­ nošću i ovlašćenjem

Primena i za ISO 14001

Dokumenta ISO 9001 Dokumenta ISO 14001 Odluka o imenovanju predstavnika rukovodstva

X

X

X

X

X

X

Zapisi ISO 9001

Evidencija izvršenih obuka Izveštaj o obuci Matični dosije zaposlenog (sa zapisima o kompetentnošću) Diploma o završenoj školi Sertifikati o obukama

Primena i za ISO 14001 Obuka za upravljanje opasnim materijama Obuka za zaštitu od požara Obuka za rad u Ex zonama

Treba da postoji zapis o obučenosti za EMS

Zapis o saopštavanju odgovornosti i ovlašćenja

Odluka o imenovanju predstavnika rukovodstva za EMS (može da bude jedan ili više)

Zapisi ISO 14001

81

5.5.3.

4.2.1. 4.2.2.

Saopštavanje

Dokumentacija EMS

4.4.3.

4.4.4. X X X X

Zakoni Standardi

Tehnička dokumentacija

X

Metode kontrolisanja Aspekti

X

Radne instrukcije X

X

Procedure kvaliteta

Planovi

X

X

Poslovnik kvaliteta

Procedura za eksterne/interne komunikacije

(i životne sredine)

X X X X

X

Zapisi za internu komunikaciju Zapisi za eksternu komunikaciju E mail WEB site

Spisak dokumenata

Žalbe zainteresovanih strana

Odgovorno lice za saopštavanje sa zainteresovanom javnošću

Odgovorno lice za saopštavanje u slučaju ekološkog akcidenta

82

Upravljanje dokumentima

Kontrola nad operacijama

4.4.5.

4.4.6.

Zahtev ISO 14001

Tabela 2.3 nastavak 2

Zahtev ISO 9001

7.3

7.2

4.2.3.

X X

Procedura projektovanja i razvoda

X

Procedura za upra­ vljanje dokumentima sistema menadžmenta

Procedura prodaje

Primena i za ISO 14001

Dokumenta ISO 9001 Dokumenta ISO 14001

X X X

Zapis o preispitivanju projekta Zapis o verifikaciji projekta Zapis o validaciji projekta

X

Imenovanje projektnog tima

X

X

Plan realizacije projekta

Gantogram

X

Projektno tehnička dokumentacija

X

X

Lista izmena dokumenta Otpremnica

X

X

Lista distribucije

Evidencija statusa dokumenata

Zapisi ISO 9001

Primena i za ISO 14001 Analiza uticaja novog proizvoda na životnu sredinu

Zapis koji se odnosi na ekološke karakteristike proizvoda

Zapisi ISO 14001

83

4.4.6.

Kontrola nad operacijama

7.5.

7.4.

X

X X

X

Planovi kontrole procesa

Procedura održavanja

Plan održavanja

Procedura skladištenja

X

X

Tehnička dokumentacija

Radne instrukcije za proizvodnju

X

Procedura proizvodnje

X

X

Procedura izbora isporučilaca

Crteži i šeme

X

Procedura nabavke

Planovi instalacija

X

X

Karton opreme Evidencija skladištenih materija

X

X

X

X

X

Podaci o opremi

Zahtevi za rad, Nalozi za rad

Zapisi o kontroli procesa

Zapisi o neusagla­ šenom proizvodu

Parametri procesa proizvodnje

X

X

Lista odobrenih isporučilaca Dnevnici rada

X

X

Plan nabavke

Nabavna specifikacija

Evidencija skladištenih opasnih materija

Podaci o životnom ciklusu opreme

Zapisi o kontrolisanju instalacija

Podaci o proizvodu

Podaci o sirovinama

Zahtevi koje treba da ispuni nabavljeni proizvod/usluga

84

4.4.6.

4.4.6.

Kontrola nad operacijama

Zahtev ISO 14001

Tabela 2.3 nastavak 3

Zahtev ISO 9001

7.6

X

Procedura transporta i otpreme

Plan kalibracije

X

X

X

Procedura pakovanja

Procedura za kalibraciju merne opreme

Primena i za ISO 14001

Dokumenta ISO 9001

X X

Obeležavanje kalibracionog statusa Izveštaj o kalibraciji

X

Ugovori o uništavanju otpada

Obeležavanje otpada

Podaci o skladištenju otpada

X

Uputstva za reciklažu

Ugovor o prodaji otpada

Uputstva za rukovanje otpadom

X

Uputstva za sakupljanje otpada

Prijava otpada

Kategorizacija otpada

X

Procedura za zaštitu životne sredine

Evidencija otpadnih materija

MSDS

Etikete za obeležavanje proizvoda (ekolabeling)

Zapisi ISO 14001

Tehnologija obrade otpadnih voda

X

Karton merila

Etikete za obele­­ žavanje proizvoda X

X

Zapisi ISO 9001

Procedura za upravljanje otpadnim materijama

Dokumenta ISO 14001

Primena i za ISO 14001

85

Spremnost za reagovanje u slučaju opasnosti

Proveravanje i korektivne mere

korektivne mere

Vrednovanje usklađenosti

4.4.7.

4.5.

4.5.1.

4.5.2.

4.2.3.

X

X

Ocena ispunjenosti zahteva zakon. propisa

Izveštaj o kvalitetu otpadne vode

Merenje emisije

Uputstvo za ocenjivanje usklađenosti sa zakonskim propisima

X

X

Ček lista zahteva pojedinih zakona

Izveštaj o merenju parametara procesa

Karton merila

Obeležavanje puta evakuacije Spisak timova i ekipa u slučaju opasnosti

Prijava akcidenta

Evidencija akcidenata Vrednovanje ekološkog uticaja pojedinih akcidenata

Spisak mogućih opasnosti i njihova kategorizacija

Procedura za upravljanje eksternim dokumentima

Plan monitoringa i merenja parametara uticaja na životnu sredinu

Analiza rizika

Procedura za reagovanje u slučaju opasnosti Plan zaštite od požara Pravilnik o zaštiti od požara Metodologija za identifikaciju poten­ cijalnih opasnosti Plan evakuacije

86

Zahtev ISO 9001

Dokumenta ISO 9001

Interne provere

Preispitivanje od strane rukovodstva

4.5.5.

4.6.

8.2.2.

8.3.

Procedura za preispitivanje od strane rukovodstva

Procedura za interne provere

Procedura za postupak sa neusa­ Neusaglašenost gla­šenostima i korektivne 4.5.3. Procedura za i preventivne 8.5.2. korektivne mere mere Procedura za 8.5.3. preventivne mere Procedura za upra­vljanje zapisima 4.5.4. Zapisi

Zahtev ISO 14001

Tabela 2.3 nastavak 4 Primena i za ISO 14001 X

X

Izveštaj za preispitivanje

Rok čuvanja zapisa Odgovornost za čuvanje zapisa Plan internih provera Program internih provera Spisak internih auditora Zapisi o kompetentnosti internih auditora Izveštaj sa interne provere

X X

Evidencija zapisa

Zapis o korek­ tivnim merama Zapis o preven­ tivnim merama

Zapis o neusa­ glašenostima

Zapisi ISO 9001

X

X

X

X

Dokumenta ISO 14001

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Primena i za ISO 14001

(koje se odnose na životnu sredinu) (koje se odnose na životnu sredinu)

(koje se odnose na životnu sredinu)

Zapisi ISO 14001

2.2.2 Studija slučaja-ISO 14000 kao osnova za nastanak novog međunarodnog standarda Case study – ISO 14000 as a base for development of new international standard Postojeći međunarodni standardi u oblasti upravljanja okolinom serije ISO 14000 i upravljanja sistemom kvaliteta ISO 9000, dali su na indirektan način dobru osnovu na unapređenje efikasnosti sistema organizacije, te dali pretpostavke za razvoj međunarodnog standarda za upravljanje energetskim sistemima, koji će u dugoročnom periodu sigurno dovesti do povećanja energetske efikasnosti. Naime, konsultacije između eksperata i Američkog nacionalnog institiuta za standardizaciju (ANSI) rezultirali su formalnim prijedlogom a zatim uspostavljanjem projektnom komiteta ISO/PC 242-Energy Management čiji je zadatak razviti takav standard koji će uspostaviti međunarodni okvir za industrijska postrojenja ili cijele kompanije (organizacije) da upravljaju svim aspektima energije, uključujući njenu nabavku i korištenje. Ovaj budući standard, koji se nalazi u fazi razvoja, između ostalog, omogućiće organizacijama da povećaju energetsku efikasnost, umanje troškove te povećaju doprinos očuvanju zaštite životne sredine Uvod u pojam energetske efikasnosti Introduction to energy efficiency Troškovi energenata predstavljaju svakako značajniji dio ukupnih troškova poslovanja tehnoloških postrojenja. Sa jedne strane, postoji kontinuirani rast cijene energije i energenata zbog objektivnih razloga smanjenja njihovih rezervi, ali i sve strožijih standarda zaštite životne sredine (okoline). Uslovno se može reći da tehnološki naprednije zemlje zastupaju tezu da je čovjekov uticaj presudan faktor klimatskih promjena, pa se naredni period može označiti kao “radikalizacija planova” za smanjenje potrošnje energije, redukcije emisije u vazduh i povećanog udjela energije dobijene iz obnovljivih izvora energije. Dakle, energetska efikasnost se nameće kao jedan od osnovnih faktora u budućeoj interakcji čovjeka i okoline i obrnuto. Pod pojmom energetske efikasnosti se podrazumijeva skup mjera koje se preduzimaju u cilju smanjenja potrošnje energije, a koje pri tome ne narušavaju uslove rada i življenja. Cilj je svesti potrošnju energije na minimum, a zadržati ili povećati nivo proizvodnje. Ovdje je bitno napraviti razliku između energetske efikasnosti i štednje energije. Naime, štednja energije uvijek podrazumijeva određena odricanja, dok efikasna upotreba energije vodi ka povećanju produktivnost, uz smanjenje utroške energije po jedinici proizvoda. U tehnološkim procesima, pojam energetske efikasnosti se u današnje vrijeme često veže za energetski efikasne uređaje tj. uređaje koji imaju male gubitke prilikom transformacije jednog vida energije u drugi. No, svaka tehnologija i 87

tehnička oprema, bez obzira koliko efikasna bila, gubi to svoje svojstvo ukoliko ne postoje svjesni ljudi koji će na odgovoran način upravljati tehnologijom. Stanje energetske efikasnosti ogleda u razvijenoj svijesti onih koji je implemetiraju. Takođe, u svakoj oblasti energetskog upravljanja moraju postojati određeni standardizovani modeli eneregetske efikasnosti, koje je moguće pratiti na određeni, relativno jednostavan, način. Jedan od ovih načina je model upravljanja energetskim sistemima u skladu sa međunarodnim standardom ISO 50001. Osnovni model i svrha standarda ISO/DC 50001 Basic model and purpose of ISO/DC 50001 Ovaj međunarodni standard treba omogućiti organizacijama da uspostave sistem i procese koji su neophodni u cilju unapređenja energetskih performansi, uključujući energetsku efikasnost. Ovaj standard po svojoj svrsi treba da vodi smanjenju troškova i emisije gasova kao i drugim okolinskim uticajima, kroz jedan sistematičan pristup upravljanja energetskim sistemima. Ono što je interesantno, da je ovaj standard primjenjiv za bilo koji tip organizacije*, bez obzira na veličinu, geografske, kulturne ili socijalne uslove. Uspješnost implementacije ovog standarda ogleda se kroz iskrenu opredjeljenost svih nivoa i funkcija organizacije, posebno rukovodstva organizacije. Ovaj međunarodni standard je koncipiran na Demingovom modelu stalnog unapređanja, tj. PDCA krugu, koji inkorporira upravljanje energetskim sistemima u svakodnevne aktivnosti organizacije. Model upravljanje energetskim sistemima je prikazan na Slici 2.7, PDCA (Plan-Do-Check-Act) krug po Demingu, predstavlja četiri faze odvijanja poslovnog procesa. U fazi planiranja (Plan) – vrši se planiranje i definisanje svih relevantnih parametara procesa (ulazni zahtjevi, resursi, pravila, slijed i način obavljanja poslovnih aktivnosti, odgovornosti, načini mjerenja procesa, te zapisi koji će se voditi o procesu, itd.). U fazi realizacije (Do) se proces odvija prema planu kako je predviđeno, vrše se mjerenja i praćenje procesa, a nakon toga vrši provjera (Check). Nakon provjere procesa se vrši unapređenje istog (Act), tj. nakon rezultata provjere ponovo se predlažu korektivne i preventivne mjere u cilju povećanja performansi procesa ili u krajnjem ishodu sistema. PDCA ciklus se beskonačno vrti i ponavlja u cilju stalnog unapređenja performansi procesa ili sistema.

* Organizacija-bilo koji vid formalnog organizovanog djelovanja kao što su: preduzeća, kompanije, institucije, ustanove i dr.

88

Slika 2.7. PDCA model upravljanje energetskim sistemima Figure 2.7 PDCA energy managament model

Globalna primjena ovog standarda treba da dovede do veće rasploživosti i dostupnosi energije, povećanja konkurentnosti i pozitvnog uticaja na životnu sredinu. Takođe, ovim standardom su obuhvaćeni svi vidovi energije. Zahtjevi ISO/DC 50001 ISO/DC 50001 requirements U skladu sa opštim zahtjevima predmetnog standarda, svaka organizacija treba da: • uspostavi, dokumentuje, implementira i održava sistem upravljanja energijom (EnMS – Energy Management Standards), u skladu sa zahtjevima ovog standard, • definiše i dokumentuje, cilj i granice sistema upravljanja energijom, • odredi i dokumentuje ne koji način će ispuniti zahtjeve standarda u clju stalnog unapređenja energetskih performasi sistema. U pogledu odgovornosti rukovodstva organizacije, rukovodstvo mora uspostviti energetsku politiku, te definisati uloge, odgovornosti i ovlaštenja u pogledu realizacije iste. Planiranje u pogledu upravljanje energetskim sistemima mora identifikovati sledeće specifičnosti: 89

• Energetski profil, koji uključuje tekuće i potencijelne izvore energije, evaluaciju prethodnog i postojećeg utroška energije, očekivanu buduću potrošnju energije. • Energetsku osnovu, koja između ostalog mora uzimati u obzir energetski profil za period od najmanje 12 mjeseci, a energetske performanse mogu biti posmatrane u odnosu energetsku osnovu. • Indikatore energetskih performansi, naime indikatori moraju biti određeni u cilju određivanja energetskih performansi sistema, kao i evaluacije progresa ka ostvaranju ciljeva i rezultata. • Legalne i druge zahtjeve, koji se razlikuju u zavisnosti od vrste i ciljnog područja organizacije. Legalni (zakonski i drugi propisi), moraju se uzeti u obzir već pri planiranju sistema upravljanja energijom7. • Specifične ciljeve, rezultate i akcione planove. Ovi ciljevi, rezultati i akcioni planovi moraju biti u skladu sa zacrtanom energetskom politikom organizacije. Takođe, pri identifikaciji istih neophodno je uzeti u obzir finansijske i poslovne uslove organizacije, legalne zahtjeve, tehnolške aspekte kao i stavove zaintersovanih strana u cilju unapređenja energetskih performansi sistema. U cilju realizacije navedenog, organizacije treba obezbjediti kompetent­nost, obučenost i svjesnost osoblja koje radi kao i adekvatnu komunikaciju. U pogledu dokumentacije sistema upravljanja energijom organizacije, kao što je već navedeno mora imati dokumentovanu energetsku politiku, ciljeve, rezultate i akcione planove, te dokumente i zapise* u skladu sa predmetnim standardom. Ovi dokumenti i zapisi, koje je prepoznala organizacija, moraju obezbjediti efektivno planiranje, operacionalizaciju i kontrolu procesa i opreme koja je direktno vezana za korištenje energije. Svi ovi dokumenti moraju biti kontrolisani. U pogledu projektovanja, svi elementi takođe moraju biti kontrolisani, rezultati evaluacije performansi procesa moraju biti inkorporirani u eventualne specifikacije, projetktovanja i nabavke vezane za relevantni projekat. Nabavke u pogledu energije moraju uključivati (tamo gdje relevantno): kva­litet energije, raspoloživost, kapacitet, varijacije, parametre obračuna i tro­ škove, okolinski uticaj, obnovljivost i dr. Takođe, organizacije mora naći modele nadzora, mjerenje i analize energetskog sistema, kao i periodičnu unutrašnju provjeru EnMS-a, upravljanje neusklađenostima, te dokaze o provednim preventivnim i korektivnim mjerama i ocjenu sistema EnMS-a. 2.2.3 Zaključak Conclusion Trenutni status razmatranog standarda ISO 50001 je u formi nacrta DIS-a (Draft International Standard), postoje indikacije da će buduća implementaci* Eng. Record.

90

ja ovog standarda obuhvatiti 60% svjetske potrošnje energije. Ovaj standard predstvalja okvir za inkorporaciju energetske efikasnosti u svakodnevnu upra­ vljačku praksu organizacija, te je baziran na najboljim iskustvima svih ISO stan­ darda upravljanja kao i referentnim evropskim standardom EN 16001:2009, te je kao takav lako primjenjiv sa ostalim sistemima upravljanja unutar organizacije poput ISO 9001:2008 ili ISO 14001:2004. Između ostalog ovaj standard treba da doprinese: • Transparentnosti u upravljanju energetskim resursima, • Primjeni najboljih praksi u upravljanju energetskim sistemima, • Evaluaciji i prioritetizaciji i implementaciji energetski najefikasnijih tehnologija, • Promociji energetske efikasnosti kroz dobavljački lanac*, kao i smanjenju negativnog uticaja na okolinu. Zvanična verzija standard ISO 50001 se očekuje tokom 2011. godine, te kao takav moći će biti korišten za sertifikaciju energetskog sistema upravljanja, kao i za samoocjenu istog od strane svake organizacije. 2.3

Upravljanje ljudskim resursima Human resuorces management Mitar Perušić Univerzitet u Istočnom Sarajevu, Tehnološki fakultet Zvornik Bosna i Hercegovina Husjein Keran Univerzitet u Tuzli, Tehnološki fakultet Tuzla Bosna i Hercegovina

Društvo uopšte i svaka pojedinačna organizacija i njen dugoročni razvoj ovisi gotovo isključivo od kvaliteta njenih ljudskih resursa. Korištenje tih resursa i ulaganje u njihov kvalitet primarni su faktori razvoja. Cjeloživotni sistem obrazovanja osnovna je infrastrukturna pretpostavka rasta i razvoja kao što je i sistem saobračajnica, energetski sistem, mreža institucija i zakonodavstvo. Uslovi u kojima se odvija privredni razvoj određenog privrednog društva ima svoje odgovarajuće prednosti i nedostatke. Prednosti ali istovremeno i izazovi javljaju se globalizacijom, otvorenom konkurencijom i informatičkim tehnologijama koje su sve to i omogučile. Međutim, nedostatci se javljaju kao posljedica selekcije kadrova, rigidnosti obrazovnih institucija, divergirajućim razvojem privrede i obrazovanja, što ima za posljedicu kočenja razvoja ljduskih reusursa, a isto tako i društva uopšte. * Eng. Supply chain.

91

Privreda i uopšte privredni razvoj treba da budu motor pozitivnih promjena u društvu. Međutim, formalna i neformalna obrazovanja često ne prate zahtjeve privrede i ne mogu da budu servis u generisanju i poboljšavanju ludskih resursa. Imajući u vidu navedeno, uspješno upravljanje ljudskim resursima zavisi od odgovarajućih faktora u koje se mogu ubrojati sljedeći: • brzina promjena u učenju i stvaranju novih vještina na koje su spremni ljudi i uopšte ljudski resursi • neuređenost školskih sistema u čemu neformalna obuka treba da zauzme posebno mjesto, kako bi se privreda i privredni razvoj brže prilagođavali globalnim trendovima, • sposobnost učenja kako pojedinca, tako isto i privredne organizacije u globalu, sinteze naučenog i primjene naučeog ključni su faktori generiranje razvoja. Pravilan odabir i način obuke pojedinaca, ili grupa, te načini ocjenjivanja naučenog, ključ su uspjeha primjene novih znanja. Prema tome, svaka obuka treba biti pažljivo planirana, ocjenjivanja, u što se svakako treba uključiti i provođenje audita ljudskih resursa, motivacija, nagrađivanje i destimulacija kako pojedinaca, tako i grupe ljudi koji su uključeni u ljudske resurse. 2.3.1 Planiranje ljudskih resursa Human resuorces planning Planiranje ljudskih resursa predstavlja aktivnost predviđanja i svjesnog usmjeravanja, proces kontinuiranog sužavanja strategijskih opcija, jer je planiranje samo racionalniji način poticanja da se stvari zbivaju, čime se pruža sigur­ nost da svaka i najmanja operacija ili odluka budu unutar šireg okvira u kojem funkcionira razvoj organizacija. Ljudski resursi u organizacijama predstavljaju osnovu za njihov dalji razvoj, gdje se glavne podsistemske funkcije ljudskih resursa mogu svesti na upošljavanje adekvatnih kadrova, i profesionalni razvoj već uposlenih radnik, kao i poticanje uspješnosti na radu kroz razne obuke i motiviranje. Potrebe ljudskih resursa ovisne su od vrste organizacije i djelatnosti kojom se one bave i tek na osnovi rezultata istraživanja potreba prognoziraju se potrebe za zapošljavanjem i razvojem kadrova. Osnovni procesi koji se svrstavaju za zapošljavenj i razvoj kadorva su. U pripremu plana za planiranje ljduskih resursa nužno je napraviti dobru organiacijusku strukturu firme, pripremiti strateški plan razvoja organizacije, koji podrazumijeva njen razvoj za namjanje pet godina, te istraživanje tržišta stavarati plan ljudskih potencijala. Prema navedenom u organizaciji, a vezano za ljudske resurse moguće je prirpemiti tri vrste plana 1. strateški plan na period od 5 godina dugoročni sa postalvjenim ciljevima i aktivnosima u periodu od 5 godina, koji može brojčano da izrazi potrebe organizacije, 92

2. operativni plan koji se može pripremiti na 3 godine sa iskazivanjem operativnih akcija i ciljeva u vezi broja radnika i 3. akcioni plan koji je kratkoročni i pravi se na period od jedne godine dana sa tačno definiranim akcijama i mjerama za poboljšanja ljduskih resursa. Prema tome, strateški plan predstavlja postavljanje razvojnih ciljeva organizacije za razdoblje od 5 godina te kontinuirano sužavanje opcija. Strateško planiranje vrši se kroz operacijsko planiranje za razdoblje od 3 godine i kroz akcijsko planiranje za 1 godinu. Strateški planovi su relativno fiksni dok operacijski i akcijski moraju biti prilagodljivi. Strateški plan je osnova za planiranje ljudskih potencijal. Na bazi strateškog plana pravi se plan ljudskih resursa u organizaciji koji ima namjera da osigura i zadrži broj i kvalitet zaposlenih koji su potrebni organizaciji, postiže njihovu maksimalnu proizvodnost (radi razvoja organizacije ali i zadovoljstva zaposlenih), te predviđa probleme nastale zbog potencijalnih viškova ili manjkova radne snage. Najvažniji zadaci planiranja razvoja ljudskih resursa su: 1. Analiza razvoja ljudskog resursa i njihova obuka, 2. Usporedba rasta ljudskih resursa u orgaizaciji, granama, regiji, 3. Spoznaja veza odnosa i faktora koji djeluju i utiču na razvoj ljudskih resursa, 4. Izrada projekcije rasta i obuke ljudskih resursa,te 5. Priprema modela donošenja i realizacije integralnih planova ljudskih resursa. 2.3.2 Kompetencije Competences Kod kompetencija značajno je uočiti da se razvoj zaposlenih razlikuje od njihove obuke, obzirom da razvoj nastaje kao rezultat iskustva i zrelosti u čemu je obuka svakako značajan činilac. Postoje određeni poslovi (pretežno rutinskog karaktera) u kojima se nivo obučenosti može identifikovati sa nivoom razvoja u karijeri. Međutim, u oblastima gdje dominira prosuđivanje, donošenje odluke, komunikacije to nije slučaj jer se, sa jedne strane, ovi elementi mogu ali i ne moraju razviti sa vremenom, dok, sa druge, razvoj takvih profila se može ostvarivati kroz određena životna iskustva ili kao dio nekih planiranih programa (Gunz, 1998),. Tako se dolazi na teren kompetentnosti koja u najopštijem smislu predstavlja standardizovani zahtjev za pojedinca da obavi specifičan posao na ispravan način. Spoj znanja, vještina i ponašanja se koristi za unapređenje učinka, a iz ugla pojedinca to je stanje u kome je on adekvatno kvalifikovan odnosno ima sposobnost da obavi jednu specifičnu ulogu. Da bi mogla da prati razvoj kompetentnosti svojih zaposlenih, organizacija treba da uspostavi mjerljivost kompetentnosti svojih zaposlenih. Ova mjerlji93

vost je vrlo svojstvena prirodi određene kompetentnosti, ali su i njeni pokušaji da se uspostave opšti nivoi razvoja kompetentnosti zaposlenih. Vrijedan pomena, makar zbog svoje široke mogućnosti primjene, jeste poredak koji je uspostavio Drajfus (Dreyfus, 2004), koji vidi razvoj kompetentnosti u sedam nivoa: • Novajlija Ponašanje strogo prema pravilima, potpuno nefleksibilno • Početnik sa iskustvom Uočava situacione aspekte • „Prakticionista“ (Practitioner ) Djeluje znajući dugorčone ciljeve i planove • „Prakticionista sa znanjem“ Sagledava situaciju u cjelini i djeluje iz ličnog uvjerenja • Ekspert Ima intuitivno razumjevanje situacije i usresređuje se na glavne aspekte • Virtuoz Ima visok nivo kompetentnosti, unapređuje standarde, ima lakoću i kreativan put obavljanja stvari • Maestro Historijske promjene u oblasti kroz pronalaske i uvođenje radikalnih inovacija. Kada se kompetentnost ne sagledava sa aspekta struke, već sa horizonta organizacije, tada je za samu organizaciju primarni cilj da kompetentni ljudi daju njoj neprekidan doprinos. U tom smislu, organizacije definišu primarne zadatke koji ishode četiri osnovne kompetentnosti (Spenser, 1993): • Kompetentnost za ciljeve: Potpuno se identifikuje sa ciljevima organizacije djelujui sa pozicija poželjne budućnosti, a u skladu sa vrijednostima svoje organizacije; • Kompetentnost za odnose: Stvara i održava veze sa svim stejkholderima organizacije; • Kompetentnost za učenje: Stvara i traži situacije koje omogučavaju da se pokušavanjem sa više rješenja riješi neki osnovni zadatak i to učini dijelom budućeg iskustva; • Kompetentnost za promjene: Ponašati se na novi način kada će to promovisati ciljeve organizacije što će doprinjeti ostvarenju poželjne buduć­ nosti. Ovakvo gledanje na kompetentnost vidi njen razvoj kao neprekidni proces stvaranja i povratnog djelovanja. Takav proces zahjteva i posebno okruženje u kojem su pravila neophodna da bi se uvele novine, a da se, u isto vrijeme, ljudi na višim nivoima kompetentnosti sistematski krše pravila, kada situacija to zahtjeva. U literaturi se ovakav poredak identifikuje kao „organizacija koja uči” (learning organization).

94

2.3.3 Motivacija i kreativnost Motivation and creativitiy Uspješnost na radu uključuje aktivnosti motivacije, kreativnosti i ocjenjivanja uspješnosti. Motivacija za rad dominantni je problem u području upravljanja ljudskim resursima. Bitan razlog potrebe koncipiranja radne motivacije jeste potreba razumijevanja mehanizama ponašanja kao osnove za izgradnju sistema motivisanja. Jedan od ključnih strateških zadataka menadžera organizacije postaje uspješno upravljanje ljudskim resursima i u kontekstu toga izgradnja cijelog sistema motivacije. Problem dugoročnog zadržavanja jezgre visokokvalitetnih kadrova i motivacije svih zaposlenih na maksimalni angažman i identifikaciju sa preduzećem i stalan kreativni doprinos uključuju dva osnovna pitanja: 1. kako mjeriti radne rezultate i doprinos ljudi?, te 2. kako nagrađivati njihov rad i razviti takav sistem motivacije koji će ih ne samo zadržati u organizaciji nego i stalno poticati na veće radne doprinose, što je objašnjeno u poglavlju sedam? Uz prvo pitanje vezani su problemi utvrđivanja kriterija i metoda mjerenja i procjenjivanja radnog doprinosa, odnosno uspješnosti na jednoj ili više dimenzija (kvaliteta, kvantiteta, inovacije, itd.), a uz drugo razrada valjane i sistemske politike nagrađivanja i niza instrumenata njezine realizacije. Ljudi imaju vrlo različite motivacijske strukture i različite poticaje i zahtjevaju veoma široku i raznoliku osnovicu motivisanja. Za jedne su dominantni motivatcijski faktori materijalni dobici i privilegije, za druge plate ili pak uvjeti rada, poslovna i razvojna politika organizacije, klima u organizaciji. Potrebna je kombinacija motivacijskih faktora, materijalnih i nematerijalnih kako bi se obuhvatile u potpunosti potrebe pojedinca. preduzeće mora krenuti od ciljeva organizacije i tek nakon toga mora odgovoriti na pitanja kako operacionalizirati te ciljeve u grupne i individualne i kako mjeriti njihovo izvršavanje. Poslovna organizacija, tj. manadžement dizajnira radne zadatke te poslove u skladu s organizacijskim ciljevima, zapošljava ljude sa potrebnim znanjima i umijećima te ih trenira, motivira i nagrađuje. To su neki od temeljnih aspekata angažmana ljudskih resursa koji omogućavaju uspješno djelovanje, a vrednovanje rada služi prvenstveno praćenju realizacije organizacijskih ciljeva kako bi se pravovremeno razvijala korporativna strategija, te se prilagodilo okruženju jedna od najpopularnijih i najraširenijih metoda upravljanja uspješnošću menedžera i zaposlenika je upravljanje pomoću ciljeva, a prednost je što su menedžeri i zaposlenici upoznati s ciljevima koje treba izvršiti. Kreativnost koju nosi u sebi pojedinac dolazi do izražaja u određenoj klimi preduzeća i društevnom okruženju iz kojega dolaze poticaji. Stoga je zadatak menadžmenta da prepozna kreativnog pojedinca u preduzeću i osigura uvjete rada u kojima će doći njegove sposobnosti do izražaja i u kojima će on moći 95

kreativnost dalje razvijati. Brojne su tehnike razvoja kreativnih sposobnosti, poput analitičkih u koje se ubrajaju tehnika listinga, input-output tehnika, tehni­ ka „za“ i „protiv“, tehnike slobodnog toka asocijacija, brain storming te Gordo­ nova tehnika. Uspješnost u radu je trajna briga subjekata organizacije i upravlja­ nja ljudskim resursima te je stoga nužno poticanje svega što ima za posljedicu uspješnost u radu (Mahapatro, 2010). U tome imaju važnu ulogu motivacija, kreativnost i ocjenjivanje uspješnosti 2.3.4 Obuka Training Identifikacija potreba za obukom Identification of training needs Za uspješnu obuku, potrebno je izvršiti opsežna praćenja, koja se zasnivaju na činjeničnom stanju, koje mora uzeti u obzir radna mjesta, problemi koji nastaju kao posljedica neobučenih ljudi i sl. Kod definisanja potreba za obukom, potrebno je voditi računa o sljedećm: • osobe na rukovodećim funkcijama okupljaju sve zaposlenike koji obavljaju isti posao; • svim zaposlenicima potrebno je uputiti pitanje da zapišu svojih deset najvažnijih potreba za obukom; • nakon zapisivanja svih potreba, odnosno prijedloga od strane zaposlenih, potrebno je napraviti prioritete, vodeći računa da se prijedlozi ne ponavljaju, • kada se definiraju prioriteti za obukom, onda se potvrđuje da li su sve generisane ideje prave za ispunjavenje obaveza zaposlenika. Odabir polaznika Selection of participants Nakon odabira oblasti u kojoj će se provesti obuka, potrebno je odlučiti o lokaciji, gdje će se obuka održati i ko će biti prisutan na obuci, što je za manje organizacije presudno. Zbog činjenica, da su zaposlenici često zauzeti obavezama, i da je proces obuke često skup, posebno u vremenu recesije i ekonomske krize, potrebno je pažljivo odabrati koja obalst i koji zapolseni će pohađati obuku. Metode obučavanja Methods of training Postoje dvije vrste obuke na raspolaganju organizacijama: on-the-job i off-the-job tehnika. Na osnovu individualnih okolnosti, odnosno “ko”, “šta” i “zašto” pohađati odgovarajući treninga, potrebno je utvrditi metodu koju koristiti priliom obučavaja (Jyoti, 2006): 96

On-the-job metoda (na poslu) je metoda koja se koristi sa zaposlenicima u vremenu kada oni obavljaju svoje redovne poslove, jer na taj način se ne gubi vrijeme dok zaposleni uče. Nakon pripreme plana za obučavanje, zaposlenici se obavještavaju o detaljima obuke, koji uključuju, datum, vrijeme, način rada i sl. Ova metoda uljučuje orjentaciju na posao, upute obučavanja, nadgeldanje zaposlenih u njihovom samostalnom radu, asistiranje i rotacije na poslu i treningu. Off-the-job (van posla) je metoda koja uključuje predavanja, posebne studi­ je, filmove, televizijske konferencije ili rasprave, studije slušanja, igranje uloga, simulacije, programiranje nastave i laboratorijske obuke van radnog mjesta, a prema utvrđenom planu i programu obuke. Priprema obuke Preaparation of training Organizacije koje planiraju svoje trening procese su uspješnije od onih koji to ne čine. Većina menadžera u organizaciji za svoje zaposlene žele uspjeh, ali i da sudjeluju na obukama koje za cilj imaju poboljšanje šanse za uspjeh. Dobro osmišljena obuka može biti od pomoći organizaciji da dođe do od­re­đe­ nog cilja Program koji organizacija priprema treba biti usklađen sa strategijom i njenim ciljevima što će imati za posljedicu poboljšanja produktivnosti i ostvarenja drugih ciljeva koji su postavljeni u misiji obuke (Bahtijarević – Šiber, 1999). Osposobljavanje zaposlenika može se ocijeniti analizom tri osnovna područja ljudskih resursa: • Organizacije kao cjeline • Karakteristike posla i • Potrebe pojedinaca. Provedba obuke Implementation of training Nakon što je isplaniran plan obuke, potrebno je istu provesti prema planu, odnosno da svi oni koji pohađaju obuku da budu uključeni u istu. Organizatori obuke, koja se provodi, a sve u cilju njene uspješnosti, treba da vode računa o sljedećem: • Pravilno dafinisanje organizacijskih ciljeva, • Utvrditi program obuke, • Definisati ciljeva obuke, • Odlučiti koga obučavati, • Razviti metode obuke, • Upravljati obukom, • Procjeniti uspjeh provedene obuke. Odgovorna osoba u organizaciji u kojoj treba da se provede obuka, je odgovoran za kontakte sa edukacijskom kućom i organizovanje obuke/edukacije 97

zaposlenika. Ukoliko se obuka obavlja u organizaciji, odgovorna soba obezbjeđuje potrebne resurse za provođenje edukacije. Osoba zadužena sa organizaovoanje obuke u organizaijic je obavezna na vrijeme informisati polaznike, i sve ostale o terminu edukacije. Za vrijeme provođenja obuke, odgovarajući rukovodioci službi su odgovorni za organizaciju procesa kako bi nadomjestili odsustvo polaznika. Kontrola obučenosti polaznika Control of succes of training participants Nije dovoljno obaviti obuku (i voditi zapise o njoj), već je potrebno ocjeniti njenu efektivnost. Izvjesni poslovi mogu da zahtjevaju specifičan nivo osposobljenosti da bi bili obavljeni adekvatno (tj. interna provjera, zavarivanje, ispitivanje bez razaranja...). Takođe, za izvjesne poslove je potrebna odgovarajuća kvalifikacija (vožnja kamiona, viljuškara...). U cilju dokazivanja osposobljenosti zaposlenih neophodno je održavati zapise. Takođe, neophodno je održavati zapise o izvršenoj obuci zaposlenih i rezul­ tatima koje su oni tokom nje postigli. Složenost ovih zapisa zavisi od njihove namjene. Treba imati na umu da je detaljnost procedura koje su dio organizacije, koje se bave obukom obrnuto proporcionalna osposobljenosti zaposlenih. Što je viši nivo osposobljenosti procedure su opštije. Međutim, osposobljenost zaposlenih neophodno je prikazati i dokazati. Najjednostavnija forma zapisa su formulari sa potpisom koji potvrđuju osposobljenost zaposlenih da koriste određenu opremu, obavljaju određene procese ili slijede izvjesne procedure. Zapisi treba da sadrže jasan iskaz da su zaposleni osposobljeni za obavljanje posla za koji su obučavani. Efektivnost obrazovanja i obuke treba ponovo ocjenjivati u određenim vremenskim intervalima, kako bi se potvrdilo da je održan nivo postignute osposobljenosti. Obuku treba da vrše osobe adekvatne kvalifikacije, sposobnosti i iskustva. U tu svrhu, potrebno je održavati zapise koji prikazuju kvalifikovanost osoba koje vrše obuku. Kursevi na pojedine teme treba da budu akreditovani od odgovarajućeg tijela, kako bi obuka bila priznata kao adekvatna. Audit ljudskih resursa Human resuorces audit Audit ljudskih resursa je proces ispitivanja politika, procedura, dokumenata, sistema i praksi u skladu sa ljudskim resursima organizacije. Prijedlog audita jeste da otkrije snage i slabosti u neprofitnom sistemu ljudskih resursa i sva ostala pitanja koja trebaju biti riješena. Funkcionisanje audita je najbolje kada je fokus na analiziranju i poboljšanju djelovanja ljudskih resursa unutar organizacije. Audit je sam po sebi dijagnostički alat, ne perspektivni instrument, pomaže u identifikaciji onoga što nedostaje ili se treba poboljšati ali ne govori šta se treba uraditi kako bi se riješila ova pitanja. 98

Sa auditom ljudskih resursa organizacija može pronaći najuzbudliviji, jeftin i lako dostupan izvor talenata u svijetu vlastite radne snage. Kada je jednom uspostavljen audit i kada se posjeduje u potpunosti sa maximiziranim sistemom ljudskih resursa, organizacija može objektivno sagledati na ono što još uvijek nedostaje i tek tada postoji mogućnost da popune potrebe izvana, opremanjem novih ljudi. U sažetku Sigmunda Freud stoji da u životu je sve stvar ljubavi i rada. Istinski uspijeh osobe koja ostvaruje maksimalan doprinos kompaniji, voli svoj posao. Individua koja ne voli svoj posao može dati osrednji rezultat ali nikako maksimum od sebe. Audit ljudskih resursa predstavlja audit procedure koje trebaju procijeniti da li su funkcije ljudskih resursa na nivou koje mogu da obavljaju svoju funkciju i zadovoljavaju svrsi kojoj su namijenjeni. Tim auditora će u procesu auditiranja ljudskih resursa objediniti podatke od zaposlenika kako bi pronašli koliko dobro su njihove potrebe zadovoljene. Povratne informacije uposlenika su sadržane u platama, naknadama, superviziji, planiranju karijere i ocjenjivanja. Izostajanja, sindikati imaju veću vjerovatnost da se dogode onda kada se ne ispunjavaju potrebe uposlenika. Učinkovitost odjela ljudskih resursa se može ogledati po svojoj sposobnosti da zadovolji po­ trebe zaposlenika dok u isto vrijeme služe interesima organizacije (Maha­pa­ tro, 2010). To spada u područje promjenjenih istraživanja: 1. Komparativni pristup (u ovom pristupu organizacija koja ima bolju prak­su ili rezultate se uzima kao model. Audit tim auditira rezultate kom­panije sa najboljim praksama organizacije koja je model); 2. Pristup tijela izvana (u ovom pristupu standarde postavljaju konsultanti ili se preuzimaju od objavljenih nalaza koji služe kao mjerilo za audit tim); 3. Statistički pristup (ovaj pristup se oslanja na parmametre mjerenja kompanije iz postojećih informacionih sistema. Iz postojećih zapisa audit tim generiše statističke standarde iz aktivnosti i programa koji su evaluirani); 4. Pristup usklađenosti (ovaj pristup se koristi kako bi se utvrdilo da li poduzete ranje slijede zakonske zahtjeve, politiku kompanije i procedure. Audit tim ovdje često ispituje uzorak za zapošljavanje, naknade, disciplinu i ocjenu zaposlenika); 5. MBO ‘Management By Objectives’ pristup (princip u kojem menadžeri i stručnjaci postavljaju ciljeve u svom području odgovornosti nakon čega stvaraju posebne ciljeve prema kojima ovaj učinak se može mjeriti. Audit tim dolazi do stvarne učinkovitosti upoređivanjem sa predhodno postavljenim ciljevima.

99

Audit tim koristi kombinaciju nekoliko alata za prikupljanje informacija za prikupljanje podataka o organizaciji i aktivnostima ljudskih resursa. Ovi alati uključuju intervjue, ankete, historijske analize, vanjeske podatke i eksperimente ljudskih resursa. Svaki od alata omogučava djelimično uvid u učinkovitost aktivnosti kompanije. Vještim korištenjem alata, audit tim može dobiti uvid u učinkovitost organizacije po pitanju aktivnosti ljudskih resursa. Razgovori zaposlenika i manadžera često pružaju usluge auditiranja i moćan su alat za prikupljanje informacija o aktivnostima ljudskih resursa i utvrđuje područja koja je potrebno poboljšati. Razgovori se mogu voditi sa obje strane kako bi se utvrdili razlozi problema, npr. izostajanje sa posla. Gdje su kritike na mjestu, promjene bi se trebale uraditi. Međutim, uposlenici bi trebali biti obrazovani i obućeni kako bi mogli objasniti razloge za postupke koji su razlog zabrinutosti. Izlazni intervju sa uposlenicima inače se vode kako bi iznjeli svoje stavove i iskustva stečena unutar organizacije. Ova pitanja su često rijetko pregledana da bi se na kraju saznalo da su ukazivali na uzrok problema, izostanaka i nezadovoljstva. Odjel za ljudske resurse bi trebao više obračati pažnju na izlazne intervjue, razlozi nezadovoljstva moraju biti proučeni kako bi se utvrdilo da li postoji trend podjele među odjelima ili rukovoditelja. Trajanje intervjua je često vremenski ograničeno stoga postoji trend između odjela za ljudske resurse da svoje istraživanje prošire korištenjem upitnika. Upitnici mogu dovesti do iskrenijih odgovora od onih koji se mogu dobiti intervjuom licem u lice. Analiza historijskih zapisa može otkriti važne podatke. Otkriva usklađenost sa zakonima i politikom organizacije i procedurama, također se mogu odrediti uspjeh ili neuspjeh akcijskih planova kako bi se minimizirale posljedice problema. Specifična područja mogu uključivati sigurnost i zdravlje ljudi, pritužbe, naknade, afirmativne akcije, programe i politike. Vanjski podaci također mogu biti korisni u davanju podataka za audit tim na osnovu kojih mogu biti ocjenjene aktivnosti djelovanja organizacije. Takve informacije mogu biti dostupne od raznih javnih i privatnih agencija i vladinih odjela. Primjeri uključuju visinu plate, naknade, dob, spol, obrazovanje i dr. Još jedan alat dostupan audit timu za ljudske resurse jeste usporedba eksperimentalne grupe sa kontrolnom grupom pod realnim uvjetima. Takvi eksperimenti se obično provode u istraživanju zaposlenika, njegovog izostajanja, naknada, zadovoljstva poslom i sigurnosti. Kao rezultat audita ljudskih resursa male organizacije koriste ad hock aranžman koji često ograničava procjenu odabranih područja. Velike organizacije imaju audit tim koji je često sličan onim koji obavljaju finansijsku reviziju. Audit timovi su veoma korisni kada su odjeli decentralizirani u regionalne ili terenske urede. Kroz sprovođenje audita organizacija održava dosljednost u svojoj praksi čak i ukoliko postoji više različitih lokacija.

100

Svrha audita ljudskih resursa jeste da osigura stručnu i objektivnu perspektivu organizacije u pogledu napora ljudskih resursa, identifikaciju područja koja se mogu poboljšati i preporuke za eventualne promjene uključujući i međusobno poštivanje unutar organizacije. Bez obzira na vrstu organizacije ili na veličinu, audit ljudskih resursa je jednostavan i sveobuhvatan alat za analizu i poboljšanje svoje učinkovitosti kao funkcije. Audit je sastavljen od četiri glavna koraka: 1. Odrediti željene prakse auditiranja ljudskih resursa za organizaciju; 2. Procijeniti trenutnu praksu protiv kriterija koji je već uspostavljen; 3. Analizirati rezultate; 4. Uspostaviti ciljeve poboljšanja i poduzeti akciju. Ovaj pristup od četiri koraka se može ponavljati kao i godišnje planiranje i postavljanje ciljeve procesa. Proces je moguće mjeriti prema postavljenim ciljevima i kontinuirano poboljšanje ciklusa. Svrha(e) audita može poslužiti iz bilo kojeg od sljedećih razloga: • Da pojasnimo željene prakse rada ljudskih resursa i uloge unutar organizacije, • Da bi se uspostavila osnovica za buduća poboljšanja, • Za procjenu trenutne učinkovitosti, • Za standardizaciju prakse na više lokacija unutar organizacije, • Za procjenu sadašnjih znanja i vještina potrbnih za praktičare ljudskih resursa te, • Da bi se poboljšale preformanse na ključne kupce unutar organizacije (Mahapatro, 2010). Prvi korak – Definisanje audit izvještaja Definisanje željenih audit praksi se mogu definisati na razne načine. Dobra polazna tačka jeste da se određeno vrijeme razmisli o zakonskim zahtjevima i programima kojim odjel mora upravljati. Zatim, potrebno je uzeti u obzir područje odgovornosti i tradicionalne prakse koju audit ljudskih resursa pokriva. Ona mogu uključivati planiranje ljudskih resursa, zapošljavanje, naknade, pogodnosti, obuku, razvoj, sigurnost i dr. Proces popunjavanja radnih mjesta je dokumentovan tako da se odgovornost svake osobe u procesu jasno vidi i razumije. Ocjena svakog zaposlenog je izvršene u organizaciji. Novi uposlenici ispunjavaju novi zakupljeni orjentacijski program ključne politike i procedera kompanije unutar prvih 30 dana. Postoji proces rješavanja problema koji je dobro svaćen i korišten od strane zaposlenika. Kao što se može primjetiti, definicije mogu biti potpune ili opširne odnosno detaljne, zavisno od želje programera. Na početku bolje je da se načini više općeniih ideja i unapređenja iz godine u godinu u područiju koje odredite za podizanje razine obavljanja.

101

Drugi korak – Procjena trenutne prakse Procjena trenutne prakse zahtijeva da bude objektivna. Dobar pristup podrazumijeva tražiti dokaze koji podržavaju ili odbacuju svaku izjavu. Dokazi mogu biti u obliku politika i procedura, izlaz iz ankete među uposlenicima, intervjue sa ključnim klijentima, prikupljanje podataka iz sistema o ljudskim resursima, izvještaji izdati u regulatornim odjelima, statistika itd. Treći korak – Analiza rezultata Važno je prepoznati prednosti i mogućnosti za poboljšanje. Kada su rezultati pregledani, teme će se pojavljivati kao specifična područja ljudskih resursa. Npr., jedna organizacija može biti vrlo jaka i upravljati pravnim zahtjevima, sa druge strane, možda je potrebno poboljšanje u razvijanju više razine sistema definicija. Još jedna organizacija može biti vrlo jaka u područjima kao što su sigurnost ali je potrebno poboljšanje u komunikacijskoj prak­si. Pregled podataka u različitim perspektivama je korisna kako bi formulisala sliku ukupnog audita ljudskih resursa. To može održati pozitivan učinak poduzetnih radnji predhodnih godina kao i pružiti aktivnosti za buduće aktivnosti. Četvrti korak – Uspostava poboljšanja, ciljevi i poduzete akcije Idealno vrijeme za završetka audita je neposredno prije godišnjeg planiranja procesa. Uz audit možete iskoristiti svoje uvide u postavljanju ciljeva za sljedeću godinu. Postoje dva aspekta postavljanja ciljeva: održavanje dobre tekuće prakse i razvoj poboljšane prakse. Poznavanje kapaciteta i sposobnosti odjela ljudskih resursa i sistema dobra je osnova za uspostavu realnog i ostvarivog plana. Dobre prakse trebaju postati dio sistema ljudskih resursa tako da se oni javljaju kao pouzdan i predvidiv način. Nakon što je proces ili program dosegnuo tu razinu, možete očekivati učinkovitiji razvoj organizacije. Rezultat audita – izvještaj o auditu Nakon što je revizija završena audit tim će izraditi nalaz i preporuku audit tima u izvještaju o ljudskim resursima organizacije. Ovaj izvještaj je sveobuhvatna definicija aktivnosti ljudskih resursa uključujući i pohvale za učinkovite prakse i preporuke za poboljšanje prakse koja je manje učinkovita. Priznavanje i dobre i loše prakse čine uravnotežen i prostor za šire prihvatanje izvještaja. To je sveobuhvatan opis aktivnosti audita ljudskih resursa koji za menadžere organizacije sumira ciljeve, odgovornosti i dužnosti. Problemi uposlenika su također istaknuti te loše prakse koje su otkrivene tokom audita. U izvještaju se također mogu uvrstiti druge povratne informacije kao što su stavovi operativnog menadžera za ljudske resurse.

102

Kompenziranje i nagrađivanje Compensation and awarding Promatrana u kontekstu motivisanja za rad, ali raznolikih i spcifičnih strategije koje se unutar nje razvijaju u savremenim preduzećima, materijalna odnosno finansijska stimulacija nije jednoznačan i jednodimenzionalan koncept, ona je složen konstruktor različitih oblika motivisanja usmjerenih na osiguranje i poboljšanje materijalnog položaja zaposlenih i finansijskih kompenzacija za rad. Različite strategije koje obuhvata mogu se analizirati i klasificirati u pogledu dvije dimenzije: • Stepena direktnosti materijalnih dobiti, odnosno reakcije pojedinca – materijalna dobit i • Uloge individualnog rada i ponašanja u njihovom ostvarivanju. Kada se radi o stepenu direktnih materijalnih odnosno finansijskih primanja i ukupnih kompenzacija zaposlenih u nekom preduzeću, može se govoriti o dvije temeljne vrste ili kategorije finansijskih kompenzacija: • direktnim materijalnim, finansijskim dobitcima koje pojedinac dobiva „u novcu“ i „na ruke“ i • neizravnim materijalnim oblicima koje pridonose individualnom materijalnom standardu iako ih zaposleni ne primaju neposredno u obliku plaće ili uopće novca. 2.3.5 Zaključak Conclusion Kao što je naglašeno menadžer projekta rukovodi projektnim timom čiji je zadatak da koordinacijom učesnika i vođenjem poslova dovedu projekat do efikasnog završetka. Dakle, direktno rukovodi članovima projektnog tima. U upravljanju realizacijom projekta, vođa projekta ili projekt menadžer ima nekoliko veoma značajnih uloga koje mora kvalitetno da obavi, a to su: • lider tima, • osoba koja odlučuje, • stvaralac pozitivnog okruženja i integrirajući faktor. Obzirom da vođa, ima centralnu i odlučujuću poziciju u projektu, vođa projekta ima mogućnost da povezuje i integriše napore članova projektnog tima i drugih interesnih grupa u projektu u cilju efikasnog završetka projekta, zbog ovoga je veoma važno da ista osoba ima kako podršku najvišeg rukovodstva lokalne zajednice tako i ključnih interesnih grupa. Vođa projekta ima i veoma značajnu ulogu komunikatora u povezivanju svih učesnika u projektu. On predstavlja središno komunikaciono mjesto u projektu, tj. čvorište svih bitnih i nebitnih informacija. On mora da pronađe način da selektuje, analizira, prenese i distribuiše različite informacije interesnim grupama. Ovdje svakako postoji jedna specifičnost jer interesne grupe lokalnih zajednica su prilično kom103

pleksne. Da li su to samo građani koju podnose određeni zahtjev po osnovu upravnog postupka i radnji ili svi građani lokalne zajednice, da li su to i druge organizacije (škole, NVO, ustanov i dr.?). Zbog svega navedneog, uloga menadžera projekta u lokalnim zajednicama je prilično kompleksna, te se izboru istih mora pristupiti na veoma pažljiv način. Upravo prepoznavajući ovu proble­ matiku, navedne međunarodne organizacije su u većem broju lokalnih zajednica provele veći broj obuka i treninga vezanih za unapređenje ljudskih resursa sa aspekta njihovih znanja i vještina, što je svakako rezultiralo, da je trenutno lokalna uprava najbolji dio javne uprave u BIH. 2.4

Šta je to menadžment promijena? What is change management? Katrin Müller University of Applied Sciences Trier Institute for Applied Material Flow Management, Birkenfeld Germany

Menadžment promjena je strukturalni pristup tranzicije pojedinaca, timova i organizacija iz trenutnog stanja u željeno buduće stanja.U profesionalnom smislu ovaj termin obično znači “razvoj u pogledu biznisa za neku datu organizaciju”. U svom radu Change Management 101: A Primer, Fred Nikols (Nikols, 2010) navodi “u svojim razmišlljanjima šta se podrazunijeva pod terminom menadžment promijena, izdvoja četiri osnovne definicije: • Zadatak upravljanja promjenama (od reaktivnog ili proaktivanog stava) • Područje profesionalne prakse (uz značajne razlike u sposobnosti i vještina između praktičara) • Stablo znanja (koje se sastoji od modela, metode, tehnike i drugih alata) • kontrolni mehanizam (koji se sastoji od zahtjeva, standarda, postupaka i procedura)”. Naučno posmatrano, menadžment promjena, je stoga okvir i postupni pristup za planiranje i učinkovitije provođenje budućih promjena unutar organizacije, kao i za upravljanje i suočavanje s već događenim promjena. Filozofski, menadžmentu promjena, može se pristupiti kao umjetnosti koja priznaje da nije organizacija u postupku promjena, to su pojedinci unutar organizacije koji se mijenjaju. Stoga zadatak menadžmenta promjena je naučno holistički prtistup “koji uključuje upravljanje njegovog utjecaja na ljude” (Nikols, 2010). Stoga kao multidisciplinarna nauk, modeli, alati, metode i tehnike koje koriste menadžmentu promjenazahtjeva stručnjake iz različitih disciplina “psihologije, sociologije, poslovne administracije, ekonomije, industrijski inženjering, sistemsko inženjerstvo i proučavanje ljudskog i organizacijskog ponašanja” (Nikols, 2010).

104

Tabela 2.4. Vrste menadžmenta promjena Table 2.4 The types of management changes Individualni menadžment promjena Razumjevanje kako da se osoba promjeni uspješno Organizacije se ne mijenjaju, a individue mijenjaju. Nije bitno koliki projekat vodite, uspjeh projekta zavisi od pojedinaca koji obavljaju pojedinačne poslove, odnosi se na sve zaposlene obuhvaćene procesom promjena. Efektivan menadžment promjena zahtjeva razumijevanje kako da se jedna osoba promjeni uspješno.

Organizacioni menadžment promijena Razumijevanje alata neophodnih da se individua promjeni uspješno Ukoliko se promjene provode postupkom osoba po osoba potrebno je obezbjediti procese i alate koji ove procese omogućuju. Alati kao što su komunikacija i treninzi se promjenjuju u slučajevima kada nije moguće obezbjediti strukturalni pristup. Kada postoje jasne perspektive procesa organizacionih promjena, potrebno je definisati jasan stepen promjena I načina kako koristiti set raspoloživih alata za vođu projekta.

IZVOR: Change Management Learning Center, 2011

2.4.1 Pristupi Approaches Organizacijski menadžment promjena Organisational Change Management Prosci pristup (http://www.change-management.com/) Prosci organizacijski menadžment promjena procesa upravljanja je izgrađen u koracima koji projektni tim može dovršiti za određenu promjenu ili inicijativu i sastoji se iz: Faza 1 Priprema za promjene Prva faza u Prosci metodologiji usmjerena na pripremu. Ona odgovara na pitanje: “koliko je menadžment promjena potreban za taj projekat” Prva faza predviđa svjesnost situacije koja je važna za uspješno upravljanje promjenama. Izlazi iz faze 1: • Promjena osobina profila • Profil organizacijskih atributa • Promjena strategija upravljanja • Promjena strukture za upravljačkog tima • Procjena sponzora, struktura i uloga

105

Faza 2 Upravljanje promjenama Druga faza Prosci procesa je usmjerena na stvaranje planova koji su integrisani u projektne aktivnosti – ono što ljudi obično misle kada govore o menadžmentu promjena. Na temelju Prosci istraživanja, postoji pet planova koji bi trebalo biti ostvareni da pomognu pojedincima tokom kretanje kroz ADKAR model. Faza 3 Jačanje promjena Jednako kritična, ali većinom često predvidiva, treća faza Prosci procesa pomaže projektnim timovima stvaranje posebnih akcijskih planova za osiguravanje održivosti promjena. U ovoj fazi, projektni timovi razvijaju mjere i mehanizme da vide da li je promjena zaživjela, kako bi se osiguralo da zaposleni rade svoj posao na novi način u cilju postizanja uspjeha. Olsbridžov (Alsbridge) okvir Menadžmenta promjena Konzultantska firma Alsbridge koristi dole prikazan dijagram kako bi opisala okvir za menadžment promjena:

Slika 2.8. Olsbridžov (Alsbridge) okvir Menadžmenta promjena Figure 2.8 Alsbridge‘s Change Management Framework 106

Segmentima u kolu opisuju se razne komponente koje su prikazane zajedno, kako bi se podržali i ostvarili rezultati/inicijative.Važno je da se svi segmenti riješavaju odgovarajućim redom, kako bi se osigurala uspješna provedba promjena. Kultura Uključuje spremnost za promjenu i kako će inicijativa doprinijeti ostvarenju strateških ciljeva organizacije, kao i procjenu sposobnosti i spremnosti pojedinaca i organizacija da asimiliraju promijene. Posebno je važno da se prepoznaju i artikuliraju potencijalni blokatori i da se dogovori postavljenim strategijama i planovima kako se ne bi iskočiilo iz zadatih inicijativa. Organizacija Obuhvata dizajn novog svijeta, uključujući operacijski model organizacijske strukture, pravila, okvire nadležnosti i upravljanja i okvire odlučivanja. Rukovodstvo Ova aktivnost ima za cilj pojasniti kako će se promijena inicijativa provesti i osposobljavanje vođa da provode svoje uloge. Specifične aktivnosti uključuju definisanje uloge liderskog tima, liderski tim će raditi zajedno tokom provedbe inicijative i naknadno, kao i uloge i odgovornosti pojedinih vođa. Ova aktivnost može identifikovati potrebu za obuku i / ili treniranje vođa i potencijalnih vođa. Ljudske sposobnosti Ova aktivnost ima za cilj uspostavu vještina i sposobnosti potrebnih za nove promjene, te kako postići te zahtjeve, uključujući i vještine revizije, analize, posao i pravila i planiranje karijere. Uključivanje onih koji će voditi nove promijene u organizaciji je ključ za uspjeh ove aktivnosti. Izvršenje Ova aktivnost osigurava isporuku novih modela („making it happen“). To uključuje i „tvrdi“ isporuku u obliku projektnih planova, događaja, izvještaja o napretku i analize budžeta, i „meke“ isporuke u obliku komunikacije i upravljanja sudionika. Kontinuirano poboljšanje Obuhvata „život nakon promjene“ i uključuje okvire i procese (npr. upravljanje učinkom, uravnotežen bodovni sistem i nagrade, poravnanja i td.) za mje­renje učinkovitosti promjena, mehanizme kako bi se osiguralo da se mogućnosti za daljnje poboljšanje identifikuju kako bi se djelovalo pravovremeno. To je veoma važno za upravljanje očekivanjima svih onih pod uticajem promjena, tako da će se oni naviknuti na ideju da je promjena stalna u novom modelu.

107

Individualni menadžment promjena Individual Change Management ADKAR Prvi korak u upravljanju bilo koje vrste organizacijske promjene je razumijevanje o tome kako upravljati promjenama jednog pojedinca. Prosci model pojedinačnih promjena naziva se ADKAR – skraćenica za (Awareness) svijesnost, (Desire) želja, (Knowledge) znanje, (Ability) sposobnost i (Reinforcement) jačanje. U biti, da bi napravili uspješno promjenu, jednoj individui je neophodno: • Awareness Svesnost o potrebi promjena • Desire Želju za učestvovanje i podršku promjenama • Knowledge Znanje o promjenama • Ability Sposobnost sprovođenja odgovarajućih znanja i vještina • Reinforcement Jačanje održivosti promjene ADKAR opisuje uspješne promjene na individualnom nivou. Kada organizacija preduzima inicijative, promijene će se desiti samo kada zaposleni koji moraju raditi svoj posao drugačije mogu reći sa sigurnošću, “Ja imam svjesnost, želju, znanje, sposobnost i volju za napredovanje kako bi se data promjena dogodila”. Zašto je potreban organizacijski menadžment promjena? Why is organizational change management necessary? Deutsche Banka definiše stabilnost kao “buduću održivost”. To znači da bi se bilo koja organizacija mogla smatrati održivom, ona mora biti u stanju nositi sesa budućnošću i opstati bez obzira na to šta budućnost donosi – to uključuje promjenu. Ekonomski, pravni, tehnološki, ekološki i društvenisistemi se konstantno mijenjaju, ovo ima smisla samo ukoliko se istinski održiva organizacija sastojati od pojedinaca koji su u mogućnosti da proveduplan, i prilagode se promjeni. Menadžment promjena stoga treba biti vrlo važan aspekt održivog razvoja bilo koje firme. Prednosti integracije menadžmenta promjena, treninga, alata, pristupa i me­ todologije u kompanijskim administrativnim portfolijima treba da uključuju: • Više prilagođena organizacija promjenama, brže može odgovoriti na zahtjeve i potrebe kupaca. • Upravljanjem promjenama, firme mogu povećati svoju konkurentnost i stalno analiziranje povratne informacije o proizvodu, poboljšanju proizvodnje i administracije. 108

• Za zaposlene, upravljanje promjenama predstavlja priliku za sticanje novih vještina ili“osvježenje” ili poboljšanje starih vještina. • Jačanjem ljudskih resursa: tako što će se zaposleni uključiti u upravljanje promjenama u organizaciji, njihova lojalnost firmi će se povećati i povećaće se osjećaj pripadnosti i odgovornosti u organizaciji. • Metodologija menadžmenta promjena osigurava da se promjena može provesti bez negativnog uticaja na dnevne prikazane poslovne rezultate. • Menadžment promjena pruža način da se predvide izazovi i da se na njih odgovoribrzo i efikasno. • Promjena procesa upravljanja smanjuje rizik povezan s promjenom • Menadžment promjena pomaže kontrolu troškova povezanih s promjenom 2.5

Procjena okolišnih rizika Environmental risk assessment Midhat Jašić Univerzitet u Tuzli, Tehnološki fakultet Tuzla Bosna i Hercegovina Radoslav Grujić Univerzitet Istočno Sarajevo, Tehnološki fakultet Zvornik Bosna i Hercegovina Drago Šubarić Sveučičište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Prehrambeno-tehnološki fakultet Osijek Hrvatska Vedran Stuhli Univerzitet u Tuzli, Tehnološki fakultet Tuzla Bosna i Hercegovina

Analiza kao i procjena rizika je dio ljudske intuicije kao i načina logičkog razmišljanja, ali se u nauci tek počinju ozbiljnije koristiti tokom 19. vijeka primjenom matematičkih modela pri proračunu distribucija vjerovatnosti i modeliranju hipotetičkih sistema. S vremenom se širi i na ostala područja ljudskog života i rada, te krajem 20. vijeka svoju primjenu nalazi u sistemima sigurnosti životne okoline, sigurnosti proizvodnje hrane, zdravstvu itd. gdje se razvijaju specifični sistem analize rizika. U svom historijskom toku procjena rizika se razvijala i dostigla nivo savremene metodologije koja se upotrebljava u raznim vidovima ljudskog rada. Krajnji cilj je prevencija štetnih efekata koji mogu nastati usljed djelovanja najrazličitijih opasnosti. Tako je procjena rizika postala važan dio različitih djelatnosti, kao što su: sigurnost građana, sport, medicina, zaštite životne sredine, proizvodnje hrane, bankarske kao i brojne druge djelatnosti. Porastom stanovnštva na zemlji raste mogućnost nastajanja kriznih i incidentnih situacija u svim oblastima ljudskog bitisanja, a nesumnjivo je prisutna 109

u oblasti poljoprivrede, prehrambne i hemijske industrije, te u medicini, veterinarstvu, farmaciji, komunalnim djelatnostima itd. Sprječavanje nastanka kriznih i incidentnih situacija bazirano je na analizi rizika. Mogućnost da se identificira rizik u uzorku zavisi od više faktora, uključujući: distribuciju rizika u seriji i frekvenciju njegovog pojavljivanja. Oni rizici koji su frekventniji, daju se lakše i identificirati. Među faktorima rizika koji negativno utiču na stanje životne seredine najznačajniji su: • zagađenje zraka, • zagađenje voda, • zagađenje zemljišta, • način zbrinjavanje tečnog i čvrstog otpada, • prisustvo buke • različita elektromagnetna zračenja itd. Posljedica zagađenja okoline su bolesti kao najteži oblik narušavanja kvaliteta života. Savremena ljudska populacija je zabrinuta za zdravstvenu sigurnost zraka kojeg udišu, vode koju piju i hrane koju jedu, ali i za brojne druge kontakte sa matrijalima koje u sebi nose izvjesne doze hazarda. Svaka osoba podložna je riziku da oboli od bolesti prouzrokovane tim hazardima. Toksične materije unesene sa zrakom i hranom u organizam ljudi i životinja izazivaju čitav niz zdravstvenih poremećaja od promjena biohemijskog i fiziološkog statusa do reproduktivnih i patoloških promjena U ekstremnim slučajevima izazvaju i smrt. S obzirom da je prisustvo kontaminenata stalna odlika životne sredine, rizici povezani sa njima u svim njihovim oblicima mogu se samo ograničiti, ali ne i potpuno eliminisati. Prihvatanje rizika od rezidua i kontaminenata od strane društva treba pravdati koristima koje pruža njihovo korištenje. U evropskim kao i brojnim nacionalnim zakonima zahtijeva se sistem procjene rizika kao i analiza koja bi trebala garantovati da hazardi koji nastaju u tehnološkim procesima nemaju opasnost za zdravlje ljudi i okolinu. Posebno su značajne skupine okolinskih opasnosti nad kojima se nastoje uspostaviti principi slijedivosti, transparentnosti i analize rizika. Te opasnosti se mogu nalaziti u zraku, vodi i zemljištu, a ispoljavaju se u formi: hemijskih rezidua, patogenih mikoorganizma i njihovih toksičnih metabolita, aditiva u hrani, sirovina porijeklom od GMO, produktata nastalih tokom procesa promjena u proizvodnji hrane itd. Zbog toga dolazi do pojave izvora zagađenja zraka, vode i hrane, koji mogu biti: polutanti iz industrije, polutanti iz domaćinstva, zagađivači iz transportnih sredstava, opasni otpad iz različitih ljudskih djelatnosti, korištenja fosilnih goriva, nekontrolisana upotreba pesticida u biljnoj proizvodnji, nekontrolisana upotreba veterinarskih lijekova u animalnoj proizvodnji, neadekvatnog zbrinjavanja opasnog otpada (elektronski, medicinski, farmaceutski, veterinarski, opasni otpad iz industrije) itd.

110

Osnovni element politike sigurnosti u oblasti zaštite okoline je analiza okolinskih rizika koja treba da je zasnovana na naučnim spoznajama (tvrdnje zasnovane na dokazima). Na osnovu tih spoznaja vrše se intervencije preko institucija zakonodavne i izvršne vlasti. Kod nedovoljno pouzdane procjene rizika treba da se primjenjuje princip predostrožnosti. Globalizacija i porast industrijske proizvodnje uzrokuje porast vrsta opasnosti (hazarda), koje proizilaze iz udisanja zraka, pijenja vode, konzumiranja hrane, pa je uslovila da se princip analize rizika prihvati kao međunarodni alat smanjenja negativnog uticaja opasnosti. 2.5.1 Koncept procjene okolišnih rizika Concept of environmental risk assessment Procjena okolišnih rizika dio je analize rizika koja obuhvata više segmenata. Analiza rizika je proces koji se sastoji od tri međusobno povezane komponente: procjene rizika, upravljanja rizikom i obavještavanja o riziku. Analiza rizika je temelj u implementaciji sistema upravljanja okolinom i jedan od principa savremene legislative. Treba praviti razliku izmedju procjene rizika i upravljanja rizikom. Brojne su zainteresovane strane kojima je stalo do kvalitete zraka kojeg udišu i vode koju piju ili koriste za industrijske potrebe. To je prije svega stanovništvo koje živi na datom području na kom se analiziraju rizici, ali i veliki broj institucija kako vladinih tako i nevladinih. To su ujedno i faktori koji participiraju u identifikaciji okolišnih problema pa mogu biti: ekonomski (privredni subjekti), politički (političke stranke, zakonodavna i izršna vlast), društveni (obrazovne institucije, zdravstvo) i pravni (sudska vlast).

Slika 2.8. Analiza rizika tri ciljana međusobno povezana područja Figure 2.8. Risk analysis and targeted three interrelated areas

111

Slika 2.9. Faktori koji participiraju u rješavanju okolišnih problema Figure 2.9. Participating Factors in solving environmental problems

Efikasna komunikacija između svih zainteresiranih strana treba biti osigurana kroz proces analize rizika. Predostrožnost je neodvojiv element analize. Procena rizika po životnu sredinu i okolinu obuhvata sve ekosisteme, uključujući i čovjeka. Termin Procjena rizika životne sredine obično ne pokriva rizike pojedinaca ili opšte javnosti, potrošačke proizvode ili izloženosti na radnom mjestu, gdje se primijenjuju drugi posebni zakoni. Kad je u pitanju procjena okolinskih rizika (ERA skraćenica od Enviromental Risk Assessment) ona uključuje niz koraka: • formuliranje problema, • identifikacija opasnosti, • procjena ispuštanja zagađenja, • procjena izloženosti, • procjena posljedica, • procjena rizika. Postoji i ekološka procjena rizika koja obuhvata utvrđivanje prirode efekata i vjerovatnoće pojavljivanja negativnih efekata među biljkama, životinjama, odnosno u životnoj sredini, a što je posledica djelovanja neke zagađujuće supstance ili više supstanci. Na osnovu toga može se zaključiti da je ekološka procjena rizika usko povezana sa okolišnim rizicima. Opasnosti i rizici Hazards and risks Postoji mnoštvo definicija rizika manje ili više konkretnih ili apstraktnih, ovisno o području na koje se odnose. Prema Oxford Dictionary rizik je: „Vjerovatnoća ili mogućnost da se desi nešto štetno, da dođe do gubitka, povrede ili nekih drugih nepovoljnih posljedica“. Primer druge definicje: „Vjerovatnoća da će se pojaviti neki nepovoljni događaj u određenom vremenskom periodu 112

ili rezultati određenog izazova ili mogućnost postojanja više od jednog štetnog ishoda. “ (Royal Society Report on Risk, 1992). U svrhu procjene uticaja prisutnost štetne tvari na zdravlje ljudi rizik se definira kao funkcija vjerovatnosti pojavljivanja štetnog uticaja na zdravlje ljudi, te jačina tog uticaja kao posljedica izloženosti štetnom agensu. (Wal i Pascal, 2000). Rizik po ljudsko zdravlje se najčešće definira kao vjerovatnoća koja opisuje stepen ugroženosti zdravlja jedinke, izložene dejstvu određenog zagađivača ili grupe zagađivača. Količina štetne supstance ili zagađivača koja se unosi na mjestu izlaganjana je „doza“. U Uputstvu 51 ISO/IEC, rizik se definiše kao kombinacija vjerovatnoće pojave štete i obim takve štete. Opšteprihvaćena formula koja definira rizik je: Rizik = nivo opasnosti (hazarda) × ekspozicije (izloženost opasnosti) Termin “opasnost” ne treba miješati sa terminom “rizik” koji, u kontekstu sigurnosti, znači funkciju vjerovatnoće negativnog uticaja na zdravlje (npr. obolijevanje) i intenzitet tog uticaja (smrt, hospitalizacija itd.) prilikom izlaganja specifičnoj opasnosti. Opasnost ili hazard predstavljau biološki, hemijski ili fizički agens u zraku, vodi ili zemljištu koji nastaje u životnoj okolini, najčešće pod uticajem tehnologije ali i pod uticajem prirodnih faktora. To je stanje u kojem se nalazi ekološki sistem, kada mogu nastati štetne posljedice po zdravlje ljudi ali i biljnog ili životinjskog svijeta. Okolinska opasnost ili okolinski hazard je generički pojam za bilo koju situaciju, događaj ili stanje koji predstavlja prijetnju prirodnoj okolini i negativno utiče na zdravlje ljudi. Ovaj pojam uključuje teme kao što su zagađenja zraka, vode, tla, ali i prirodne katastrofe kao što su oluje i potresi. Opasnosti se mogu kategorizirati u više vrsta: hemijske, fizičke, mehaničke, biološke i psihosocijalne. Hazardni ili opasni agensi mogu biti: otrovne, zapaljive, eksplozivne, reaktivne, korozivne, nagrizajuće tvari ali i određene aktivnosti ljudi ili prirodne katastrofe. To podrazumijeva da opasnosti mogu biti antropogene i neantropogene. U smislu posljedica i mogućeg rizika mogu biti akutne i hronične. Značajniji antropogeni uticaji (hazardi) na okolinu su: neodrživo iskorištavanje prirodnih resursa, neodrživo krčenje šuma, polutanti iz industrije, polutanti iz domaćinstva, zagađivači iz transportnih sredstava, opasni otpad iz različitih ljudskih djelatnosti, povećavanje eksploatacija i korištenja fosilnih goriva, nekontrolisana upotreba pesticida u biljnoj proizvodnji, nekontrolisana upotreba veterinarskih lijekova u animalnoj proizvodnji, minska polja, neadekvatno zbrinjavanje opasnog otpada, itd. Kao rizična posljedica tih antropogenih uticaja može biti: pojava različitih akutnih i hroničnih bolesti, globalno zagrijavanje, uništenje ozona – CFC onečišćenja, umanjenje kvaliteta zraka (lebdeće čestice, SOX, NOX, PAH i drugi), umanjenje kvaliteta vode (industijski polutanti 113

i polutanti iz domaćinstva, krize u otjecanje vode) i umanjenje kvaliteta tla (kisele kiše, pesticidi, iscrpljenost usljed intenzivne obrade, erozija tla), trovanja, sindrom bolesnih zgrada, povećana degradacije kompletne okoline, uništavanja staništa i nestanak određenih biljnih i životinjskih vrsta, razvoj invazivnih biljaka i drugih organizama i brojne druge. Zdravlje, sigurnost, proizvodnja i okolina su odvojena područja u praksi, ali su i povezana prije svega životnom okolinom. Ova područja se obično nalaze u različitim organizacijskim i upravljačkim strukturama. Međutim, postoje jake potrebe za uvezivanjem između tih disciplina i područja ljudskog djelovanja. Jedna od najjačih veza između ovih područja je da jedan događaj može imati rizičan uticaj na sva tri područja. Na primjer, nekontrolisano ispuštanje radijacije ili toksičnih hemikalija može imati neposredne posljedice u kratkom roku, ali i dugotrajan uticaj na zdravlje ljudi i još dugoročnije na okolinu. Takvi događaji su brojni tokom historije, u najnovijem vremenu značajno je pomenuti. Černobil i Fokušimu. Osim toga mogu se navesti primjeri: trovanja živom u Japanu (1950 i 1960), Ontario Minamata bolesti u Kanadi, Itai-itai bolesti zbog trovanja kadmijem u Japanu, Seveso katastrofa (1976) poznata eksplozije kemijskog postrojenja koja je izazvala izloženost 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-di­ok­ sina (TCDD), Bhopalu katastrofa (1984, Indija), curenje metil izocijanata koje je rezultiralo više od 22.000 smrtnih slučajeva, ispuštanje hemikalija Sandoza u rijeku Rajnu (1986) i brojne druge. 2.5.2 Sastavnice analize rizika The components of risk analysis Sastavnice rizika su tri međusobno povezane komponente: procjene rizika, upravljanja rizikom i obavještavanja o riziku. Ove sastavnice su također dobar alat kod upravljanja u kriznim situacijama. Dvadeseti i dvadesetprvi vijek obilovao je kriznim situacijama izazvanim ekološkim incidentima. Cilj analize rizika je prije svega spriječiti ili prevenirati katastofalne incidentne situacije. Osim toga analiza rizika, koja uključuje i upravljanje rizikom treba da ima svrhu uspostavljanja održivosti okoliša koja podrzumijeva nekoliko kriterija koji su ugrađeni u Zakone, prije svega u Zakon o zaštiti okoliša (FMOIT, 2011). Ti kriteriji su: • očuvanje ljudskog zdravlja, • očuvanje prirodnog blaga (nasljedstva), • očuvanje vode i zraka od nedozvoljenog zagađenja, • očuvanje biološkog diverziteta. Procjena rizika Risk Assessment U početku se procjena rizika nastanka nekih događaja počela razvijati u različitim područjima, koji nemaju neposrednih dodirnih točaka sa zdravljem ljudi i sa životnom okolinom. Tako se egzaktna metodologija procjene rizika razvi114

jala kod ispitivanja kvaliteta materijala, pri čemu se određivao rizik pucanja nekog materijala pri određenom opterećenju. U dvadesetom vijeku egzaktna metodologija procjene rizika proširila se na ispitivanje štetnog utjecaja različitih agenasa na zdravlje čovjeka. Tako se procjenjivao rizik povreda ili smrti u saobraćajnim nesrećama, vršila se procjena rizika oštećenja zdravlja životinja i ljudi različitim otrovima iz čega se razvila toksikološke procjene rizika, koja ima široku primjenu. Danas se procjena rizika proširila na gotovo sva područja ljudske djelatnosti i postala naučno utemeljen proces koji se sastoji od četiri faze: • identifikacije opasnosti, • karakterizacije opasnosti, • procjene izloženosti i • karakterizacije rizika (FAO 2005). Tako se procjena rizika može smatrati kao proces koji uključuje identificiranje potencijalnih opasnosti koje mogu uzrokovati negativne posljedice po zdravlje stanovništva. Procjena rizika treba biti utemeljena na nauci uz kvantificiranje podatake za egzaktno utvrđivanje nivoa rizika, dokumentirana na transparentan način te funkcionalno odvojena od upravljanja rizikom. U konceptu procjene potrebno je jasno definirati cilj uključujući moguće ishode procjene. Procjena rizika treba sadržavati opis nesigurnosti, te locirati mjesta nastanka i porasta nesigurnosti. Procjena rizika treba sadržavati takve podatke da nesigurnost u procjeni može biti određena i precizna, a ponekad treba uključiti i ograničenja koja utiču na pouzdanost procjene. Svrha procjene rizika u krajnjem je utvrđivanje mjera koje su potrebne da bi se rizik smanjio. Upravljanje rizikom Risk Management Upravljanje rizikom obuhvata sve aktivnosti u cilju smanjenja na minimum izlaganja definiranoj opasnosti. Upravljanje rizikom je proces kojim se uspoređuju različite mogućnosti postupanja mjerodavnih tijela u vezi s rizikom, u saradnji sa zainteresiranim sudionicima, uzimajući u obzir procjenu rizika i druge relevantne faktore. Na smanjenje rizika utiče se putem procesa odabiranja odgovarajućih preventivnih i kontrolnih mjera. Upravljanje rizikom je proces koji uključuje identificiranje, evaluaciju, selekciju i implementaciju specifičnih manadžment mjerenja u cilju ublažavanja rizika. Sistem upravljanja rizicima se odvija kroz nekoliko najznačajnijih procesa kao što su identifikacija, analiza, planiranje, praćenje i kontrola rizika. Upravljanje rizikom je proces prosuđivanja u smislu pronalaženja mogućnosti rješenja u dogovoru sa svim zainteresovanim stranama, razmatranje procjene rizika i drugih bitnih faktora i odabir prikladnih preventivnih i kon115

trolnih mogućnosti. Postoje četiri osnovna elementa upravljanja rizikom: iden­ tifikacija rizika, analiza, kontrola i monitoring ifinansiranje. Upravljanje rizikom koji se odnosi na okolinu treba biti proaktivno ukoliko se vrše procjene rizika koji se odnose na okolinu i hemikalije štetne po zdravlje. Upravljanje rizikom se obavlja u okviru: preliminarne aktivnosti, procjene mogućnosti štetnih događanja, implementacije preventivnih mjera, monitoringa i ocjene – pregleda. Zadaci menadžmenta rizika su: postavljanje ciljeva, odlučivanje o kontrolnim mjerama, uvođenje mjera, monitoring i pregled. Velik broj nadležnih državnih tijela nastoji implementirati dobro strukturiran pristup upravljanja u području okolinske sigurnosti preko niza aktivnosti opisanih u dogovorenom okviru upravljanja rizikom. Zaštita zdravlja primarni je zadatak upravljanja rizikom. Upravljači rizikom moraju u razmatranju uzeti u obzir sve cikluse u okolini. Upravljanje rizikom treba biti transparentno, doslje­ dno i dokumentirano, a potrebno je osigurati i javnu raspravu sa zainteresiranim stranama u procesu. Upravljači rizika trebaju imati dobar prenos informacija i ostvarivati dijalog s procjeniteljima rizika, pri čemu se moraju uzeti u obzir regionalne razlike u opa­ snostima koje direktno ili indirektno utiču na okolinu i ugrožavaju je, te mogućnosti upravljanja rizikom. Odluke upravljača rizikom trebaju biti podvrgnute procjeni i reviziji. Upravljanje rizikom osigurava disciplinovano okruženje uz proaktivno donošenje odluka u kojima se: • vrši kontinuirana procjena kako bi se utvrdilo šta bi moglo krenuti u neželjenom pravcu (rizici), • identificiraju rizici koji postoje, • vrši procjena tih rizika i to iz aspekta njihove moguće učestalosti, vjerovatnoće i ozbiljnosti, • utvrđuje kojim rizicima treba posvetiti posebnu pažnju, • eliminiraju rizici koji se mogu eliminirati, • smanjuju efekti onih rizika koji se ne mogu eliminirati, • primjenjuju strategije o postupanju tim rizicima i • uspostavljaju finansijski mehanizmi kojima će se apsorbirati finansijske posljedice onih rizika koji preostaju. Upravljanje procesima u analizi rizika znači uspostavu ciljeva i prioriteta te odlučivanje i uspostavu načina i smjera procjene rizika. Mogućnosti poduzimanja mjera zavise o mišljenju zainteresovanih strana i društveno, socijalno i ekonomski su uslovljene. Ciljevi upravljanje rizikom su: • identificirati rizike, izvršiti njihovu procjenu, a zatim ih eliminisati ili smanjiti na prihvatljiv nivo,

116

• uspostaviti sisteme i procedure koje će se baviti identificiranim rizicima i to na proaktivan način, • smanjiti direktan uticaj ili posljedice i troškove incidenata koji se i dalje dešavaju, tako što će se uspostaviti efikasne procedure rješavanja incidenta Na osnovama principa zaštite i procjene okolišnih rizika, procjene rizika pri­ mjenjuju se i u mnogim drugim oblastima, na primjer, za zaštitu od poplava, buke itd. Postoji širok spektar zakona koji obuhvata principe zaštite životne sredine na osnovama procjene rizika. Konkretne smijernice koje stoje na raspolaganju za svaki dio zakonodavstva, su između ostalog i Međunarodne konvencije koje se primjenjuju kao što su Stokholmska, Roterdamska, Bazelska i druge konvencije i međunarodni sporazumi. Na nivou država koriste se zakoni kao što su: Zakon o zaštiti životne sredine, Zakon o upravljanju otpadom, Zakon o zaštiti voda, Zakon o zaštiti zraka te niz pravilnika iz oblasti zaštite okoline. U današnjem svijetu u raznim područjima ljudske djelatnosti sve se više pristupa ozbiljnom metodološkom načinu upravljanja rizicima. Razlog za to leži u činjenici da sve više dolaze do izražaja razni izvori prijetnji, odnosno rizika za sve vrste ljudske djelatnosti. Današnji trend je da se tom problemu pristupi na svim razinama kao jednom od najefikasnijih načina borbe za održivost. Zadnja revizija standarda ISO 9001:2008 naznačila je procjenu rizika, što je znak da su problem rizika prepoznali autori najraširenijeg standarda za sisteme upravljanja kvalitetom. Za detaljnije primjene upravljanja rizicima vrlo važnu ulogu ima objava standarda ISO 31000:2009 pod nazivom Upravljanje rizikom – Principi i vodiči. Standard definira generički proces za upravljanje rizicima poštujući načela upravljanja kvalitetom, što znači da je proces potpuno nezavisan od područja primjene. Za mnoge organizacije i sisteme jedna od najkritičniji faza izgradnje sistema kvaliteta je procjena rizika. Ovaj standard ne daje metodologiju kako provesti procjenu rizika zbog toga što metodologija procjene rizika može jako varirati od područja primjene. Upravljanje rizikom obuhvata poštovanje informacija i zahtjeva iz sledećih oblasti: inženjerstva i tehnologije, prirodnih nauka kao što su fizička hemija, odnosno biologija, ekonomskih nauka, sociologije, biomedicine, zakonodavstva, politike i informisanja. Upravljanje rizikom sagledava se u ostvarivanju nekoliko sljedećih ciljeva (Gržetić 2011.): • identifikaciji, raspodjeli i kretanju zagađujućih supstanci; • ocjeni uticaja zagađujućih supstanci na čovjeka tj. određivanju rizika po zdravlje čovjeka; • ocjeni uticaja zagađujućih supstanci na karakteristične ekološke receptore tj. određivanju ekološkog rizika i ekotoksičnih pragova;

117

• projektovanju i sprovođenju aktivnosti oko obnavljanja i prečišćavanja zagađene sredine; • procenjivanju negativnog uticaja pojedinih zagađujućih supstanci na datu sredinu i za različite procese obnavljanja; • upoređivanju postojećeg rizika prije očekivanog rizika nakon obnavljanja. Upravljanje rizikom zahtijeva timski rad. Najčešće se razvijaju sledeće radne grupe (Gržetić 2011.): fizičkohemijska-moniriting-toksikološka grupa, ekonomsko-pravna grupa, grupa za procjenu rizika i modeliranje sistema zaštite, inženjersko-tehnološka grupa, grupa za komunikacije i saradnju. Tabela 2.5. Pregled aktivnosti značajnih za upravljanje rizikom Table 2.5. Summary of significant activities for risk management Korak

Aktivnost Preliminarno ispitivanje potencijalno zagađenih područja uključujući i monitoring Planiranje aktivnosti Dodatna ispitivanja i monitoring zagađenog područja Osnovna procjena rizika Postavljanje prioriteta i pronalaženje najopasnijih zagađujućih supstanci Traženje i projektovanje optimalnog postupka za obnavljanje zagađenog područja Izučavanje procesa zagađivanja: mobilizacije, transporta i depozicije zagađujućih supstanci Uporedna analiza rezultata procjene rizika za različite zagađivače i alternativne postupke Opredjeljivanje za konačan plan postupka obnavljanja i njegova primjena Kontrola rezultata nakon završenog postupka za obnavljanje

Monitoring je analitičko mjerenje i odnosi se na specifičan oblik hemijske analitike koja se propisuje zakonom i podleže zakonskim, odnosno podzakonskim propisima (Gržetić 2011). Zakonska regulativa koju treba poštovati obuhvata domaće zakone i direktive Evropske unije. Tako, na primer, integrisano spriječavanje i kontrola zagađenja [Integrated pollution prevention and Control – IPPC] je obaveza koja je uspostavljena Evropskom direktivom još od 1996. godine (EU Concile Directive 96/61/EC). Kod monitoringa vrši se kombinacija posmatranja i mjerenja te se prate učinak propisanih mjera ili plana rada. Parametri monitoringa se određuju na bazi procesa koji se prati. Monitoring treba biti u funkciji procjene rizika, potencijalne štete koja može da nastane u životnoj sredini. Pri određivanju rizika parametar može biti propisana maksimalno dozvoljena koncentracija (MDK). Za svaki sistem trebaju postojati definirane vrijednosti koje uspostavljaju: stanje 118

povišene pripravnosti kod emisija prekoračene uobičajene vrijednosti, stanje neodložne akcije (da se spriječi prekoračenje MDK) i alarmantno stanje radi smanjenja prekoračenja MDK i vraćanja u okvire MDK. Različiti nivoi potencijalnog rizika po životnu sredinu definišu potrebu za različitim režimima monitoringa. Pri definiranju režima monitoringa (njegovog intenziteta) prate se osnovni elementi koji utiču na rizik: vjerovatnoća da se prekorači MDK i posljedice koje nastaju u životnoj sredini zbog prekoračenja MDK (Gržetić, 2011). Komunikacija u vezi rizika Risk comunication Komuniciranje u vezi rizika je proces koji uključuje razmjenu informacija o rizicima. Obavještavanje o riziku je interaktivna razmjena informacija i mišljenja tokom cijeloga procesa analize rizika, a u vezi s opasnostima i rizicima, s rizikom povezanim faktorima i predodžbama o riziku, između procjenitelja rizika, mjerodavnih tijela, akademske zajednice i drugih zainteresiranih strana, uključujući objašnjenje nalaza pri procjeni rizika, te osnove za donošenje odluka pri upravljanju rizikom. Komunikacija rizikom je interaktivna razmjena informacija i mišljenja kroz cijeli proces analize rizika, a odnosi se na rizik, faktore povezane s rizikom, te percepciju rizika, između procjenitelja rizika, tijela koja upravljaju rizikom, potrošača, industrije, akademske zajednice i ostalih zainteresiranih strana*. Svrha komunikacije rizikom je promoviranje razumijevanja problema i odluka te promicanje dosljednosti, transparentnosti i interaktivne razmjene informacija. Komunikacija rizikom se provodi kroz postupke koji uključuju javnu raspravu, intervjue, slobodne telefonske linije, internet stranice, masovne medije, brošure, letke, štampu i druge komunikacijske kanale. Interaktivna komunikacija rizikom je conditio sine qua non za ostvarenje procesa analize rizika. 2.5.3 Faze u realizaciji procjene okolinskih rizika Stages in the implementation of environmental risk assessment Povećana razina zaštite ekvivalentna je smanjenju rizika od štete za okolinu. Kako bi se odabrala odgovarajuća razina zaštite, najprije treba obaviti slijedeće korake procjene rizika: • identifikacija-prepoznavanje opasnosti ili izvora, • utvrđivanje puta, identifikacija receptora i određivanje njihove osjetljivosti. • kvalitativna procjena posljedica i vjerojatnost pojave. • kvalitativna i kvantitativna procjena rizika. * D. Ropeik, P.Slovic: Risk in Perspective, www.hsph.harvard.edu/ccpe/programs/effectiveriskcommunitation, pristupljeno: 22. 01. 2008.

119

Na zagađenje okoline utiču brojni faktori, a najvažnije je prepozanti lokaciju izvora i puteve njihovog prenosa do receptora u okolini. Put se definira kao fizički put kojim ispušteni materijali, tj. kontaminirana voda, otpadni plinovi itd., mogu putovati od izvora, preko efluenata, do receptora. Nužno je uzeti u obzir sve puteve kojima materijal može dospjeti do receptora. Potencijalni putevi za kontaminiranu vodu uključuju na primjer: sisteme za odvodnju vode na identificiranom lokalitetu uključujući kanalizacijske cijevi, ispuste i propuste. Bilo kakva oštećenja odvodnje na lokalitetu mogu biti potencijalni putevi, npr. napukli cjevovod koji omogućuje onečišćenoj vodi da se iscijedi u tlo ispod nje u podzemne vode. Površinsko područje lokaliteta u slučaju da zapremina vode premaši kapacitet odvoda na lokalitetu. Područja lokaliteta koja nemaju tvrdu površinu ili relativno nepropustan pokrov (npr. beton) koji bi omogućio vodi da se iscijedi u tlo i podzemne vode itd. Procjena ekoloških rizika uključuje sve vrste zagađenja, putevi (biodostupnost) i stepen bioakumulacija i njiovih uticaja na ljudsko zdravlje i sigurnost od trenutnih, početnih uslova i/ili uslova završetka korištenja kada je mjesto zagađenja obnovljeno, sa ili bez završene korektivne akcije (sanacija može biti obavezna na temelju zakonskih propisa ili procjene rizika završno kao dio procjene rizika, ili dobrovoljno na temelju drugih kriterija). Tabela 2.6. Sedam koraka ERA i pripadajuća ključna pitanja (na osnovu Fairman i sar. 1999) Table 2.6. Seven Steps ERA and related key issues (based on Fairman et al. 1999) Korak Formulacije problema Identifikacije opasnosti Procjena ispuštanja zagađenja Procjena izloženosti Procjena posljedica Karakterizacija rizika Procjena rizika

Ključno pitanje Šta treba procijeniti? Šta može poći po zlu? Koliko često i kako je vjerojatno? Kako je materijal došao do receptora, koji je intenzitet, koliko dugo i/ili kako često? Kako će receptori biti izloženi ispuštanjem zagađenja? Šta je učinak na receptore? Koji su rizici (kvantitativno ili kvalitativna mjera)? Koliko je važna opasnost za one koji su pogođeni oni koji ga stvaraju i onima koji ga kontrolišu?

Procjena ekotoksikološkog rizika sastoji se od dva osnovna elementa: analiza izloženosti i analiza efekta. Određivanje izloženosti (ekspozicije) opisuje interakciju zagađujuće supstance (stresora) i receptora (npr. biljke ili životinje). Mjera izloženosti može se opisati koncentracijom zagađujuće supstance u nekom od medija životne sredine, ili fizičkim promjenama u mestu življenja (staništu, habitatu). Analizom efekata procjenjuje se promjena nastala u pri120

rodi kao i veličina te promijene nastala uslijed izloženosti datoj zagađujućoj supstanci stresoru (Gržetić 2011). Procjena uticaja na okolinu obuhvata identifikaciju, opis, procjenu, direktan i indirektan uticaj projekta ili aktivnosti na: ljude, biljni i životinjski svijet; zemljište, vodu, zrak, klimu i prostor; materijalna dobra i kulturno naslijeđe kao i međudjelovanje faktora (Gržetić 2011).

Slika 2.10. Uzastopni koraci procjene rizika Figure 2.10. Successive steps of risk assessment (Fairman et al. 1999)

Procjenu rizika najbolje je izvoditi u fazi projektovanja. Svaki investicijski projekat može narušiti ekološku stabilnost, biološku raznolikost ili na bilo koji drugi način negativno uticati na okolinu. Procjena uticaja na okolinu je postupak ocjenjivanja prihvatljivosti namjeravanog projekta s obzirom na okolinu. Određivanje potrebnih mjera zaštite okoline se provode u okviru pripreme projekta i prije izdavanja građevinske dozvole. Najčešće su to infrastrukturni 121

objekti (saobraćajni, energetski,vodni), proizvodne i sportske građevine, zatim građevine za postupanje s otpadom, turistički i ugostiteljski centri, trgovački centri, projekti kojima se eksploatiraju mineralne sirovine i sl. Građevinska dozvola ima praktički neograničeni rok trajanja. Stručna podloga za procjenu utjecaja zahvata na okolinu je Studija uticaja na okolinu kojom se ocjenjuje prihvatljivost zahvata za okolinu. Sam postupak procjene trebalo bi započeti već u ranijoj fazi priprema za realizaciju namjeravanog zahvata. Ovisno o vrsti zahvata i obilježjima okoline ocjenjuje se jačina i trajanje uticaja s obzirom na niz bitnih faktora (zdravstveni, privredni, sociološki, meteorološko-klimatološki, saobraćajni, urbani, pedološki, hidrološki, geološko-geotehnički, seizmološki, i sl.). Studija uticaja na okolinu u osnovi mora sadržavati: • opis zahvata i lokacije, • ocjenu prihvatljivosti zahvata i • mjere zaštite okoline i plan provedbe mjera. Cilj procjene hemijskih i bioloških rizika je istražiti da li hemijske ili biološke tvari koje se koriste ili mogu da uzrokuju štetne posljedice po ljudsko zdravlje ili okolinu. Osnovni principi procjene rizika za okoliš su razvijeni od strane Europske komisije. Za više informacija o ERA Europski ured za hemikalije (ECB) *, Europski centar za ekotoksikologiju i toksikologiju hemikalija (ECETOC) i REACH (registracija, evaluacija i autorizacija hemikalija). Kriteriji za zaštitu zdravlja prirodne okoline (Environmental Health Criteria ili EHC) je dokument kritičkog mišljenja o učincima hemikalija ili kombinacija hemikalija i fizikalnih i bioloških agensa na ljudsko zdravlje i okolinu. Dokument je urađen od strane svjetske zdravstvene organizacije WHO** Zaključci o karakterizaciji rizika i/ili procjene rizika koriste se kao ulazni podaci o stanju i služe za upravljanje rizikom. Na taj način se ordeđuje koje akcije treba poduzeti i kako bi rizici bili smanjeni na minimum Formuliranje problema The problem Formulation Formuliranje problema je presudan korak u procjeni okolišnih rizika – ERA. Na samom početku potrebno je jasno definirati problem i neka pitanja moraju biti jasna prije nego što počne ocjena. To su sljedeća pitanja (Fairman i sar. 1999; Mac Donald A 1999; EEA 2011): • Koji su izvori rizika koje želimo procijeniti? • Jesu li mjesta izvora fiksna ili mobilna? • Šta su karakterisitke tih rizika izvora? • Hoće li se analizirati neprekidna proizvodnja, korištenje ili odlaganje opasnosti? * web stranice: ECETOC: http://www.ecetoc.org/; ** Pogledati na web stranici: http://www.who.int/ipcs/publications/ehc/en/index.html

122

• Koje su opasnosti u okolini koje treba uzeti u obzir npr. mineralna ulja, hemikalije, otpad, kanalizacija, otpadne vode, emisija, buka i sl., • Koji su putevi u kojima se stvara opasnost koja može doći do receptora, a koji su receptori i krajnje tačake? Provjerava se da li je fokus na unaprijed definiranim osjetljivim ekosistemima (npr. posebna područja očuvanja visoko komercijalno iskoristivih bioloških resursa), ili moraju pokrivati rizike u širem području. U ovoj fazi, generički model bi trebao biti definiran opisom funkcija i atributa sistema koji se istražuju. Ostala pitanja koja trebaju biti obrađena u prvom koraku su ona koje se odnose na pravni i politički okvir relevantan za procjenu rizika. Projera se da li je moguće osloniti se na regulatorne akte, standarde i politički okvir kao vodič kako bi se utvrdio “prihvatljiv” rizik uključujući uticaje na specifičnu krajnju tačku. Provjera se da li postoji zakonski okvir koji određuje kako bismo trebali pristupiti procjeni rizika? (Fairman i sar. 1999) Identifikacija opasnosti: izvor – put – receptor Hazard identification: source – path – receptor Rizik za okolinu je kombinacija vjerovatnosti da će se dogoditi neki događaj i posljedica događaja za okolinu, tj. štete za okolinu. On se procjenjuje korištenjem metode izvora – puta – receptora. Identifikacija opasnosti je korak u procjeni rizika, a uključuje detekciju i iden­ tifikaciju potencijalno štetne tvari. Identifikacija opasnosti je identifikacija poznatog ili potencijalnog štetnog učinka. To obično uključuje identifikaciju osobina agenasa ili situaciju koja može dovesti do štete. U ovom koraku vrši se, pored identifikacija potencijalne opasnosti, i određivanje prioriteta (Hazard and prority identification). Potencijalne opasnosti mogu biti identificirane i tokom procesa nadzora (monitoringa). To je posebno značajno za polutante i zagađenja koji mogu dospjeti u okolinu na različite, često nevjerovatne načine. Takvi štetni događaji i opasnosti vezane uz njih se objavljuju u naučnim časopisima i mogu inicirati procjenu rizika. Također je važno praćenje interesa javnosti prema pojedinim hemijskim rizicima i ako je potrebno reagovanje nakon procjene tog rizika. Svrha ovog koraka je identifikacija svih relevantnih opasnosti koje bi moglo štetno djelovati na receptore. Identifikacija može uključivati praćenje štetnih agensa sljedljivošću unatrag sa ciljem utvrđivanja kako se štetna posljedica mogla dogoditi. Alternativno, identifikacije opasnosti mogu nastati iz razmatranja svih mogućih ishoda u rutinskoj operaciji identificiranja posljedice u odnosu na normalan rad (Fairman i sar. 1999). Identifikacija opasnosti je kvalitativan opis opasnosti i štetnih djelovanja i može biti reaktivna ili proaktivna. Reaktivna, kao u slučaju pojave epidemije i bolesti pri čemu je uzročnik prepoznat i mora se identificirati uzrok ili izvor pojave. Proaktivna je kada postoji sumnja za opasnost, a veza sa bolešću nije 123

Slika 2.11. Od identifikacije opasnosti do karakterizacije rizika Picture 2.11. From the hazard identification to the risk characterization

određena do kraja i tada se mora preventivno djelovati ako postoji mogućnost da opasnost uzrokuje štetan učinak. Procjena ispuštanja zagađenja Assessment of pollution discharges Korak „Procjena ispuštanja zagađenja“ uključuje identifikaciju potencijalnih izvora opasnih tvari koje se ispuštaju u okolinu. To može biti kvalitativna ili opisna identifikacija ili može uključivati kvantifikaciju koja definira i količine zagađenja. Procjena uvijek pokušava dati ili daje mjeru vjerovatnosti zagađenja. To uključuje opis vrste, količine, vrijeme i vjerovatnosti oslobađanja opasnosti u okolinu i opis kako se ti atributi mogu promijeniti kao rezultat različitih aktivnosti ili događaja. Procjena rizika i izvor stoga se često izvode zajedno s korakom identifikacije opasnosti. Kod kvantitativne analize rizika (QRA), u kvantitativnoj procjeni vjerovatnosti mogu se koristi izravni statistički podaci o sistemu koji se procjenjuje. To uključuje podatke o neželjenim događajima, kao i podaci o oporavku i mjere kontrole koje ublažavaju potencijalni uticaji. Također se može koristiti pristup baziran na analitičkim tehnikama i simulacijama. Stručne procjene mogu se koristiti za procjenu vjerovatnosti opasnosti na nekvantitativni način. Na temelju rezultata identifikacije opasnosti, vjerovatnost ispuštanja zagađenja je podijeljena u različite kategorije u smislu izraza kao što su: vjerovatno može doći do, vjerovatno, vrlo vjerovatno (EEA, 2011). Emisije izvora zagađivača mogu se podijeliti u nekoliko klasa: totalna, difuzna, fugitivna i izuzetna emisija. Totalna emisija se ne iskazuje samo kao emisija iz odžaka ili kanala otpadnih voda, već ona obuhvata difuzne, fugitivne i izuzetne emisije. Zato se preporučuje da se u okviru objedinjenog sprečavanja zagađenja životne sredine i kontrole, kada je to potrebno i razumno, postave 124

uslovi koji će obezbjediti monitoring i ovakvih vrsta zagađenja. Značajan je napredak postignut u smanjenju kanalne emisije (iz dimnjaka, iz kanala, iz cijevi), tako da su ostali vidovi emisije značajno dobili na važnosti, na primjer, difuzne (tačkasta, linijska, sa površina ili zapreminska) i fugitivne (razna curenja na spo­ jevima) emisije su sada u žiži interesovanja. Ustanovljeno je da ovakve vrste emisije mogu značajno da ugroze životnu sredinu i zdravlje ljudi, a da gubici koji nastaju na taj način mogu da budu ekonomski značajni. Na sličan način pažnja se posvećuje i izuzetnim emisijama, na primjer, tokom kvarova i havarija, koje se mogu dalje klasificirati u predvidive (na primer, tokom opravke) i nepredvidive (havarije). (Gržetić, 2011). Nakon identifikacije opasnosti pristupa se definiranju prioritetnih opasnosti koje se uvrštavaju u procjenu rizika, a dio su procedura koje obavljaju upra­vljači rizikom. Kada je opasnost identificirana i određen prioritet procedura procjena se dijeli u dva odvojena dijela, a prvi od njih je karakterizacija opasnosti. Karakterizacija opasnosti Hazards characterization Karakterizacija rizika obuhvata određivanje učestalosti izlaganja i ozbiljnost negativnih efekata koji mogu da nastupe kod ljudi ili među biljkama i životinjamau u zavisnosti od izmjerene ili procijenjene veličine zagađenja. Na ovo se obično nadovezuje i kvantifikacija rizika te se određuje obim i vjerovatnoća pojavljivanja negativnih efekata. Karakterizaciju opasnosti uvriježeno provode eksperti iz područja toksikologije. Svi dostupni podaci o animalnim, in vitro istraživanjima i humanim toksikološkim podacima, koriste se kako bi se evaluirali mogući toksikološki učinci i neželjene posljedice ispitivane tvari. Da bi toksikolozi mogli odrediti polazište moraju prvo karakterizirati odnos doze i učinka. Karakterizacija opasnosti uključuje određivanje toksikoloških svojstava potencijalno štetne tvari kao i utvrđivanje odnosa između količine štetne tvari koja je dospjela u okolinu i pojavljivanja štetnih utjecaja. Nekontrolisana proizvodnja i upotreba hemikalija predstavljaju posebnu opasnost. Proizvodnja hemijskih supstanci nastavlja rasti širom svijeta, posebno u zemljama u razvoju. To može vjerovatno rezultirati u većem negativnom uticaju na zdravlje ako upravljanje hemikalijama nije osigurano. U ovim aktivnostima neophodne su multisektorske akcije kako bi se prevenirala zaštita zdravlja ljudi od štetnog djelovanja nepropisnog upravljanja hemikalija. Brojne su opasne po zdravlje rizične hemiklije koje se koriste ili nastaju u domaćinstvu gdje svakako treba pomenuti: osvježivače zraka, amonijak, izbjeljivače, šampone za čišćenje tepiha i presvlaka, deterdženate za posuđe i veš, sredstva za čišćenje odvoda i kanalizacije, sredstva za čišćenje namještaja i pećnica, antibakterijska i antifungalna sredstva, sredstva za čišćenje WC školjki itd. 125

Važan izvor podataka o hemijskim opasnostima u okoliš su baze podataka kao: • JECFA – zajednički FAO / WHO odbor o prehrambenim aditivima (JECFA 2011), • IRIS – Integrirani informacioni sistem za rizike (EPA 2011), • TOXNET-Baze podataka o toksikologiji, opasnim hemikalijama, zdravlju okoline i otrovnima koji se ispuštaja (TOXINET 2011), • Europski ured za hemikalije (ECB 2003), • Europski centar za ekotoksikologija i toksikologiju hemikalija (ECETOC), • REACH (registracija, evaluacija i autorizacija hemikalija), • Kriteriji za zaštitu zdravlja okoline – Environmental Health Criteria (EHC 2006. EHC 2011). Podaci o toksičnosti pojedinih sastojaka mogu se naći u Monografiji Kriterija za zaštitu zdravlja okoline (Environmental Health Criteria Monographs HCs). Međunarodni program o hemijskoj sigurnosti (International Programme on Chemical Safety (IPCS)), osnovan 1980, kao združeni Program za okolinu Ujedinjenih naroda (United Nations Environment Programme UNEP), Međunarodne organizacije rada (International Labour Organization ILO) i Svjetske zdravstvene organizacije (World Health Organization WHO). Ukupne ciljeve su uspostavli nezavisni savjetnici na naučnim osnovama za procjenu rizika za zdravlje ljudi i okoline od izlaganja hemikalijama, preko međunarodnih recenzija, kao preduslova za promovisanje hemijske sigurnosti, kao i pružanje tehničke pomoći u jačanju nacionalnih kapaciteta za upravljanje hemikalijama. Procjena izloženosti Exposure assessment Procjena izloženosti obuhvata određivanje koncentracije /doze zagađivača kojoj su bili izloženi ljudi (radnici, stanovnici, vulnerabilne kategorije u ljudskoj populaciji) ili koja je dospjela u neki medij životne sredine (voda, vazduh, zemljište). Procjenom izloženosti nastoje se kvantificirati potencijalne razine opasnosti na receptoru. To uključuje opis intenziteta, učestalosti i trajanja izloženosti kroz različite izloženosti medijima (putevi izlaganja) kao i prirodu receptora i njihovih lokacija. Procjena rizika na ekosisteme mora se odnositi na mnoštvom organizama, a sve sa različitim osjetljivostima na hemikalije. Razne grupe imaju različite scenarije. U pogledu ekspozicije. procjena izloženosti zahtijeva korištenje praćenja podataka, tehnike modeliranja izloženost i mapiranje modela za pronalaženje ekološke osjetljivosti što uključuje i GIS* tehnike (Fairman, 1999.). Vrijeme izloženost proizvedene opasnosti u ekosistemu određuje se u odnosu na predviđenu koncentraciju u okoliša (PEC**). PEC se izračunava * Geographic Information Systems (GIS) ** (PEC) je skraćenica od Predicted Environmental Concentration, predviđena koncentra­ cija u okolišu

126

na lokalnoj i regionalnoj prostornoj skali iz monitoring podataka gdje je to mo­ guće (naziva se nadgledana okolinska koncentracija MEC*), ili pomoću realno najgoreg scenarija slučaja. Ako te informacije nisu dostupne, procjene su izrađene od izloženosti modela. PEC se izračunava za svaki odjeljak okoliša koristeći podatke dostupne ispuštenim količinama i kasnijim razgradnim procesima u “standardnu” okolinu. Tabela 2.7. Pristupi procjeni ekspozicije Table 2.7. Approaches to exposure assessment Direktni Lični monitoring sredine Biološki markeri Upitnici Dnevnici

Indirektni Monitoring u životnoj sredini Modeli

Procjena izloženosti uključuje kombinaciju podataka zagađenja životne sre­ dine određenom štetnom tvari i podataka o recepciji te tvari u okolinu. Podaci o kontaminiranosti određenom štetnom tvari temelje se na analitičkom određivanju štetne tvari u pojedinim sferama okoline dok se podaci o recepciji tvari u okolini temelje na ispitivanjima koja zavise od određene populacije. Procjena izloženosti podrazumijeva: • identifikaciju eksponovane populacije, • identifikaciju puta ekspozicije, • identifikaciju izvora ekspozicije. Na primjer, procjena unosa štetne tvari hranom povezuje podatke o udjelu štetne tvari u određenoj vrsti sa količinom hrane koju je konzumirala određena populacija koja se ispituje. Procjena mogućih posljedica Assessment of the possible consequences Procjena mogućih posljedica će ispitati posljedice ispuštanja ili proizvodnje opasnosti, koje se mogu pojaviti na određenoj populaciji. Procjena mogućih posljedica kvantificira odnos između izloženosti opasnosti i posljedice tih izloženosti. Posljedice na ekološke sisteme mogu biti različite i trebaju biti definirane na krajnjoj tački. Procjene rizika za okolinu na ekosisteme se vrši za različite populacije i zajednice organizama kao i učinke štetnih tvari na njihovu smrtnost i reprodukciju. (EEA, 2011.) Ekološka procjena uticaja, posljedice ili učinci mogu se procijeniti na osnovu odnosa koncentracije štetne tvari i nastalog efekta. Pri tome se kao kriterij upotrebljava predviđeni broj odnosa * Monitored Environmental Concentration (MEC)

127

koncentracije/efekt (engl. Predicted No Effect Concentration ili PNEC*), a na temelju direktiva EZ-a 93/67/EEC. Odvojeni PNEC vrijednosti moraju biti izvedeni za relevantne segmente ekositema. PNEC vrijednosti mogu biti izvedeni pomoću testova ekotoksičnost. U tim testovima, procjena PNEC je realizovana prvenstveno na temelju rezultata laboratorijskih testova urađenih za monospeciesa ili, u nekim slučajevima, od modela ekosistema. Dostupni podaci o ekotoksičnost koriste se za izvođenje koncentracije na kojoj nije primijećen efekt (NOEC**) ili najniže koncentracije na kojoj je primijećen efekt (LOEC***). Test vrsta koje se koriste za ispitivanja odabiru se tako da mogu predstavljajati osjetljivost različitih taksonomskih skupina u svakom dijelu okoline. Procjena faktora sigurnosti primjenjuju se na toksičnost vrijednosti kako bi se omogućila ekstrapolacija iz laboratorijskih eksperimenata na polju. Veličina procjene faktora zavisi od broja i vrste podataka kao i vjerovatnog trajanja izloženosti (EEA, 2011). Proces procjene mogućih posljedica određuje se matematičkom i statističkom vjerovatnoćom mogućih događaja: katasrofe, nesreće, bilo kojeg gubitka materijalnih dobara, smrti i sveukupnih opasnosti po okolinu. Izbjegavanje rizika je važno da se temeljito, koliko je moguće pri prolasku kroz proces, procjene rizici kako bi se osigurali najbolji mogući rezultati. Predostrožnost je često najefikasnija. Kod određivanja mogućih posljedica treba koristiti metode koje će dati pouzdan konačan rezultat. Statistička vjerovatnost igra veliku ulogu kao i retrospektivne studije koje opisuju šta se dogodilo u prošlosti. Sveobuhvatan uvid u svaki mogući scenarij omogućuje sprečavanje štetnih posljedica. Procjena i karakterizacija rizika Assessment and risk characterization Procjena rizika je naučna identifikacija i evaluacija potencijalnih opasnosti kao i procjena potencijalne izloženosti (ekspozicije) određenoj opasnosti. Dva su osnovna faktora vezana za procjenu rizika: • mogućnost događaja, • posljedice koje on može izazvati. Probabilističke metode procjene rizika uzimaju u obzir varijabilnost i nesigurnost i obično su namijenjene specijalistima. Pri procjeni ekoloških rizika potrebno je prepoznati ekološke opasnosti, definisati ko može imati posljedice, provjeriti da li su postojeće preventivne mjere adekvatne ili ih treba poboljšati, dokumen* PNEC skraćenica od engleski Predicted No Effect Concentration ili predviđeni broj odnosa koncentracije- efekt ** NOEC skraćenica od engleski No Observed Effect Concentration ili koncentracije na kojoj nije primijećen uticaj *** LOEC skraćenica od engleski Lowest Observed Effect Concentration ili Najniža koncentracije na kojoj je primijećen Utjecaj

128

tirati i provjeriti procjenu te izmijeniti je ako je potrebno. Procjena rizika na svim nivoima gdje se radi treba biti: “adekvatna”, “odgovarajuća i dovoljna”, ne previše komplikovana i dovoljno dobra da ostvari cilj utvrđen propisima Procjena rizika daje analitički okvir u podršci odlučivanja. Uključuje razvoj kvantitativnih i kvalitativnih modela koji su matematički radni okvir za procjenjivanje rizika. Karakterizacijom opasnosti se preuzimaju informacije o identifikciji opasnosti i koriste kvalitativna ili kvantitativna oruđa za procjenu predskazujući ekspoziciju koja se može dogoditi. Funadamentalno karakterizaciju rizika čini procjena ekspozicije i determiniranje puteva ekspozicije i mogućnosti da se ekspozicija dogodi. Procjena rizika se može izvršiti prema scenariju “najgori slučaj” i takav scenarij je usmjeren ka “sigurnoj strani”. Različiti scenariji mogu odražavati i razne mogućnosti. Ishod tih scenarija može pomoći pri odabiru najučinkovitijih mjera. Analizom osjetljivosti takođe je moguće odrediti faktore koji imaju najveći utjecaj na procjenu rizika. Mnoge potencijalno toksične tvari koje dospiju u tijelo ljudi ili životinja se deaktiviraju enzimskim sistemima smještenim prvenstveno u jetri. Ovi sistemi su razvijeni kroz mnoge generacije koje su dolazile u dodir s različitim toksinima konzumiranim zajedno s hranom. Karakteristika ovih sistema je da imaju ograničene kapacitete. Kada količina konzumirane štetne tvari poraste do nivoa koji sistemi za detoksikaciju ne mogu apsorbovati, dolazi do pojave štetnog učinka po zdravlje izložene jedinke. Ovu osobinu pokazuju toksini koje nazivamo toksinima s pragom. Tačka x na koordinatnom sistemu predstavlja dozu u kojoj nema opaženog štetnog učinka (eng. no observed adverse effect level, NOAEL), a koja se određuje na najosjetljivijim vrstama sisavaca u in vivo pokusima. NOAEL se iskazuje u unosu određene tvari u miligramima po kilogramu tjelesne mase dnevno. NOAEL se pretvara u ADI, tolerirani dnevni unos (TDI) ili referentnu dozu za ljude (RfD) dijeljenjem sa sigurnosnim faktorom od 10 do 10000. ADI se također iskazuje na bazi tjelesna masa/dan. Pojedini toksini, posebno toksini iz okoline u korelaciji s dužom izloženošću zahtijevaju prikaz doze kao privremeni prihvatljivi sedmični unos PTWI* (WHO 2006). ADI se primjenjuje u procesu procjene sigurnosti populacije, a ne individualne sigurnosti, u odnosu na zadanu razinu unosa određene hemijske tvari. Izračunava se kao: Unos (mg/kg) = udio štetne tvari (mg/kg) x količina konzumirane hrane (kg/dan)

Dok se u procjeni rizika za čovjeka govorilo referentnoj, milimalno rizičnoj ili tolerantnoj dozi, u ekološkoj procjeni rizika može se govori i o takozvanom * PTWI eng. provisional tolerable weekly intake,)

129

ekotoksikološkom pragu (EtP). To je koncentracija određene zagađujuće supstance za koju se zna da izaziva negativne efekte kod određenih ekoloških receptora (konkretnih predstavnika flore ili faune). Tabela 2.8. Minimalna rizična doza ovisi o načinu unosa i vremenu unosa Table 2.8. Minimum-risk dose depends on the input mode and time of entry (Gržetić 2011) IME SUPSTANCE UGLJEN TETRAHLORID

Način unošenja Udisanje Oralno Udisanje

HLOROFORM

Oralno

Udisanje VINIL HLORID oralno

Vrijeme unošenja Akutno Srednje Akutno Srednje Akutno Srednje Hronično Akutno Srednje Hronično Akutno Srednje Hronično

Minimalna rizična doza 0,2 ppm 0,05 ppm 0,02 mg/kg/dan 0,007 mg/kg/dan 1 ppm 0,05 ppm 0,02 ppm 0,3 mg/kg/dan 0,1 mg/kg/dan 0,01 mg/kg/dan 0,5 ppm 0,03 ppm 0,00002 mg/kg/dan

Na veličinu posljedica od određene opasnosti utiče količina unosa štetne tvari bilo da se izražava preko doze ili koncentracije koja se unosi u određenom periodu. Minimalna rizična doza je procjenjena dnevna doza štetne supstance koju čovjek može da unese u organizam za koju se očekuje da neće izazvati nikakav negativan nekancerogeni efekat za propisan period unošenja. Podaci o minimalnoj rizičnoj dozi se iskazuju na nekoliko načina i to od načina unošenja zagađujuće supstance u organizam: oralno ili udisanjem. Zatim od dužine vremena unošenja: akutno (1-14 dana), srednje (15-364 dana) i hronično (365 dana i više); i konačno uz to je dat i faktor sigurnosti i informacija koji je organ u ljudskom organizmu ili sistem ugrožen. Količina štetne supstance koja se unosi na mjestu izloženosti obično izražena u mg po kilogramu tjelesne mase jedinke na dan. Ova vrijednost zavisi o koncentraciji zagađenja (C), stepenu izloženosti ili ekspoziciji. Količina štetne supstance koja se unosi na mjestu izloženosti može se izračunati prema formuli (Gršetić, 2011): CR . EF . ED I = C . ——————— BW . AT 130

Gdje su: Unos (ili doza) količina štetne supstance koja se unosi na mjestu izloženosti obično izražena u mg po kilogramu tjelesne mase jedinke na dan (mg/kg/dan). C Srednja koncentracija zagađujuće supstance u zraku, vodi ili zemljištu (voda: mg/dm3; zrak: mg/m3, zemljište: mg/kg). CR Stepen izloženosti izloženost određenoj količini zagađujuće supstance u određenoj sredini u jedinici vremena (voda: dm3/dan; vazduh: m3/dan ), EF Učestalost izlaganja opisuje koliko je često jedinka izložena dejstvu štetne supstance u danima na godinu (dana/godina) ED Trajanje izloženosti opisuje koliko dugo je jedinka izložena dejstvu štetne supstance izraženo u godinama BW Tjelesna masa srednja telesna masa izložene jedinke tokom perioda izlaganja izraženo u kilogramima. AT Srednje vrijeme izloženosti vremenski period na koji se odnosi izračunavanje izloženosti iskazano u danima. I

Izračunavanje rizika za kancerogene supstance brši se pomoću donje jednačine (Gršetić 2011): R = I·SF Gdje su: R Izračunati rizik iskazan kao verovatnoća oboljevanja jedinke u okviru jedinične populacije na primjer: 1· 10 -4 = 1 na 10.000 ili 1· 10 -5 = 1 na 100.000), I Doza koju jedinka hronično unosi u organizam usredsređena na 70 godina (izračunato prema jednačini) izražena u mg/kg/dan, SF Faktor preračunavanja karakterističan za svaku kancerogenu supstancu izražen u (mg/(kg·dan))-1. Može se naći u literaturi ili na Internetu (EPA 2011; TOXINET 2011; ECB 2003; EHC 2006. EHC 2011). Referentna doza (RfD) predstavlja veličinu doze za koju se zna da ne izaziva negativne zdravstvene efekte kod čovjeka tokom njegovog čitavog života. RfD se može naći u literaturi ili na Internetu (EPA 2011; TOXINET 2011; ECB 2003; EHC 2006. EHC 2011). Izračunavanje kumulativnog rizika za kancerogene supstance 131

RT i= Σ Ri RT Ri

Gdje su: Ukupni kancerogeni rizik Izračunati individualni kancerogeni rizik Izračunavanje kumulativnog rizika za nekancerogene supstance HIERfDii=Σ Ei/RfDi

gdje su: HI Ukupni hazardni indeks i Ei/RfDi individualni hazardni indeks. Prema tome, procjena rizika obzirom na puteve ekspozicije može biti: • agregativna gdje je ukupni rizik jednak sumi rizika svih puteva ekspozicije jedne hemikalije, • kumulativna gdje je ukupni rizik jednak sumi za hemikalije sa istim meha­ nizmom dejstva, • integrativna gdje je ukupni rizik jednak sumi rizika za sve hemikalije u me­ dijumu. Djelovanja opasnosti i odnos doza/učinak mogu se primijeniti u procjeni opasnosti tek ako se odredi intenzitet izloženosti u konkretnim uslovima. Gdje god je moguće potrebno je objektivizirati intenzitet, odnosno izmjeriti razinu štetnosti. Tako je potrebno izmjeriti koncentraciju štetnih tvari i uporediti je s maksimalno dopuštenom koncentracijom kao zaštitnom granicom. Tabela 2.9. Maksimalno dopuštene vrijednosti koncentracija polutanata u zrak prema WHO Table 2.9. The maximum allowed concentration values ​​of pollutants in the air, according to WHO polutant SO2 NO2 O3 suspendovane materije 2,5 µm suspendovane materije 10 µm

vrijeme izlaganja 10 minuta 24 sata 1 sat 1 godina 8 sati 1 godina 24 sata 1 godina 24 sata

MDK [µg/m3] 500 20 200 40 100 10 25 20 50

Maksimalno dopuštena koncentracija je najviša koncentracija štetnih tvari koje ne uzrokuju trajna oštećenja zdravlja u većini izloženih pri svakodnevnoj 132

izloženosti i tokom cijelog života. Zaštitne granice odnose na zdrave osobe i na većinu izloženih. Zbog individualne osjetljivosti, u određenog broja izloženih mogu se javiti smetnje i pri izloženosti koncentracijama koje su unutar maksimalno dopuštenih. Ukoliko se radi o opasnostima koje nije moguće objektivizirati i izmjeriti ostaje da se ta opasnost procijeni. 2.5.4 Ocjena rizika Risk assessment Postoji nekoliko mogućih pristupa za ocjenu rizika. Jedan je ekspertska ocje­ na gdje eksperti svako u svojom području daju ocjenu i izvode zaključke na temelju provjerenih činjenica. Stručna ocjena koristi i procjenu vjerovatnosti i veličine posljedica. Na temelju rangiranja vjerovatnosti i posljedica stručnjaci mogu definirati prihvatljive granice rizika. Prvi korak je uvijek ocijena veličine rizika. Rizik bi bio jednak proizvodu od ocijenjene veličine opasnosti u pogledu strogosti (težine) kao i vjerovatnoće da taj hazard stvori posljedice po okolinu. R=C·P Gdje su: R Rizik C Konsekventnsot ili strogost (težina) opasnosti (težina štete) P Vjerovatnoća događaja sa posljedicama (vjerojatnost nastanka štete) Osim toga, koristi se i drugi obrazac koji ulazi u ostale parametre značajne za veličinu rizika: R=E·P·C Gdje su: R Rizik E Ekspozicija P Mogućnost događaja C Posljedice Kod ocjene rizika možemo govoriti o kapacitetu (veličini štetnosti) opasnosti i o dozvoljenom dnevnom unosu određene hemijske supstance koja će određe­ noj ekspoziciji nanijeti štetnost. Strogost (težina) opasnosti može se generalno klasificirati na: • katastrofalna, • kritična, • marginalna, • zanemarljiva. 133

Ekspozicja predstavlja vrijeme izloženosti, odnosno koliko dugo će okolina ili dio okoline biti izložen i kojim kontinuitetom. Kod ocjena rizika mogu se koristiti i različite numeričke skale sa različitim faktorima signifikantnosti. Tabela 2.10. Ocjena ekspozicje-izloženosti Table 2.10. Evaluation of exposure rating rb 1. 2. 3. 4. 5. 6.

EKSPOZICIJA Neprekidna

BODOVI 10 8 6 4 2 1

Povremena – slučajna Rijetka Vrlo rijetka Ponekad

Ekspozicija štetne tvari ili vrijeme unošenja može znatno uticati na posljedice, te treba voditi računa o dozi (koncentraciji) i vremenu ekspozicije. Tako naprimjer, akutno trovanje događa se kod naglog izlaganja tijela otrovu. Hronično trovanje je posljedica duge ekspozicije organizma nekom otrovu. Tabela 2.11. Vjerovatnoća pojave Table 2.11. The probability of occurrence rb 1. 2. 3. 4.

VJEROVATNOĆA

RIZIK

Vrlo visoka vjerojatnoća, Česta pojava Visoka vjerojatnoća, Slučajna pojava Mala vjerovatnoca, Rijetka povremena pojava

srednji

Neznatna vjerovatnoća

vrlo nizak

visoki

nizak

Broj izvora zagađenja koji doprinose ukupnoj emisiji 1 ispuštanje na 100 akceptora 10 ispuštanja na 1.000 akceptora 10 ispuštanja na 10.000 akceptora Ez doći će do pojave EMS kako je napred navedeno. Količina energije koja se dobije iz FNP direktno zavisi od površine panela. Čelije mogu da se spoje u fotonaponske module (panele), a ovi u fotonaponska polja, farme sunca, paneli su spojeni uređajima koji prate kretanje Sunca i prilagođavaju se uglu upadnog ugla Sunca, pa prema ovom kriterijumu FNP ili moduli mogu biti fiksni, sa okretanjem po jednoj osi ili okretanjem u dve ose. Čelije mogu biti od (Latinovic, et al. 2011): 1. polikristalnih materijala, slicijum, koji danas dominirju sa udelom na tržištu od oko 60%, zbog manjih ulaganja, veličina čelije je 150x150 ili 200x200 mm 2. monokristalnih koji su preovladavali do 2000 god. bez obzira na to što je njihova proizvodnja nešto skuplja, ali je efikasnost veća i 3. amorfnih materijala, ili tehnologija tankof filma (Thin-film moduls) kod koje se koristi amorfni silicijum, ili CeTe danas se smatra da nisu tržišno opravdani zbog visoke cene, niske efikasnosti i stabilnosti modula.

271

Danas se smatra da su moduli od polikristalnih materijala najefikasnije (Pavlović, 2011) t.j. da imaju najveći stepen konverzije sunčeve u električnu ener­giju.

Slika 5.12 Fotonaponska čelija, solarni modul (levo) i princip korišćenja solarne električne energije (desno) Figure 5.12 Photovoltaic cell, solar modul (left) and principle of use of solar energy (right) (http://www.izvori energije.com/energija-sunca.html)

Električna energija iz ovih čelija se koristi za rad električnih uređaja u doma­ ćinstvu, (to su kućni Solarni sistemi za napajanje uređaja kao; svetlo, radio i TV, klima uređaji, telefon, ventilacija, kompjuter i sl.), informacionih i reklamnih displeja, ili za rad javnih uređaja semafori, satelita ili se akumulira u akumulato­ rima. FNP snage 1kW proizvodi mesečno oko 150 kWh struje što je ekvivalent za 68 kg uglja, emisiju 136 kg ugljendioksida u atmosferu i 397 lit. vode koja bi se utrošila za proizvodnju struje fosilnim gorivima. Karakteristične vrijednosti FNP su: Unutrašnji otpor Rs = 0.95Ω, EMS = 0.58 V, stepen iskorištenja η = 10%, (najčešće se koriste kristali silicijuma sa primesama zbog dobrog stepena iskorištenja i termičke postojanosti koja teoretski iznosi od -50 °C do 200 °C). Treba imati u vidu da se FNP dobija jednosmerna struja, koja može u zavisnosti od potreba da se pretvori u naizmeničnu pretvaračem. Efikasnost im je od 10% za jeftinije varijante sa amorfnim silicijumom, a do 25% za skuplje varijante. Na efikasnost FNP utice vise faktora: refleksija sa površine solarne čelije, gubici u IC i UV oblast zbog kojih se ona greje, gubici usled debljine čelije, faktora napona, rekombinacije i u serijskom otporu. Prilikom rada FNP se zagreva do 65 0C, a temperatura utiče tako da njenim porastom opada maksimalna snaga FNP. Za sada su još uvijek ekonomski nerentabilni jer im je cijena oko 6000 $/kW. Na Slici 5.12 prikazan je princip izrade fotonaponskih ćelija. Fotonaponske ćelije mogu se koristiti kao samostalni izvori energije, ili kao dodatni izvor ener272

gije. Kao samostalni izvor energije koriste se npr. na satelitima, saobraćajnim zna­ kovima, kalkulatorima i udaljenim objektima koji zahtijevaju dugotrajni izvor energije, kao bazne stanice za mobilnu telefoniju (kod ovih se koristi i energija vetra za proizvodnju struje i drugi tipovi izvora napajanja što im omogućava stalni i nesmetan rad na lokacijama kod kojih nema napajanja električnom energijom iz mreže), ili reklamni i informativni prostori isl. U svemiru je i snaga sunčevog zračenja puno veća jer Zemljina atmosfera deo ovoga apsorbuje, pa je i dobijena energija veća. Kao dodatni izvori energije fotonaponske ćelije mogu se na primjer priključiti na električnu mrežu, ali za sada je to neisplativo bez podrške države. Na Slici 5.13. su prikazane neke mogućnosti korišćenja FNP kao i Solarnih kolektora, koji se postavljaju na krovovima, ali i prozorima, vratima zgrada i sl.

Slika 5.13. FNP i Solarni kolektori Figure 5.13 PV and solar collectors

Godišnji rast instalirane snage fotonaponskih ćelija u Europskoj Uniji trenutno iznosi 40%. To je na prvi pogled velik rast, ali u osnovi radi se o vrlo malim količinama, pa rast od 40% ne utiče posebno na ukupnu zastupljenost takvih izvora energije. U 2000. godini u Europskoj Uniji bilo je instalirano 183.5 MWp, a to je 43.6% povećanja u odnosu na 1999. I u tom području Nemačka je sa 113.8 MWp (uključujući 100 MWp priključenih na električnu mrežu) vode­ ća država u Europi. U najvećoj meri tome je doprineo Nemački zakon o obno­ vljivim izvorima energije. Po tom zakonu otkupna cena energije iz fotonaponskih ćelija je 0.5 € po kWh za prvih 350 MWh. Plan Europske Unije je instaliranje 3000 MWp do 2010. godine, ali sadašnji pokazatelji su da će do onda biti instalirano oko 1780 MWh. 273

  Slika 5.14. Solarni modul i solarna farma Figure 5.14 Solar module and solar farm

Neke solarne čelije su tako dizajnirane da rade sa koncentrisanim sunčevim zračenjem, sadrže koncentrisane kolektore koji koriste sočiva za fokusiranje svetlosti u čelije. Prednost ovakvih sistema je u tome što koriste manje skupih poluprovodnika sa sakupljanje velike količine sunčeve svetlosti a nedostatak što sočiva moraju biti usmerena prema suncu, pa često imaju sisteme za sofisticirano praćenje kretanja sunca. Najveći godišnji prihod energije se dobija ako je površina orijentisana prema jugu i ima nagib od 30 stepeni; ova orijentacija i nagib su optimalni i za periode mart-april i avgust-septembar za WB zemlje. Solarne čelije se povezuju u module sa oko 40 čelija, složenih u redovima širine i do nekoliko metara, fiksirani prema jugu ili montirani na nosače da prate kretanje Sunca. Nekoliko povezanih redova snabdevaju domaćinstvo, a veliki broj ovih redova služi za industrijske potrebe što je princip Solarnih farmi v. Sliku 5.14. Solarne farme često su koncipirane kao hibridni sistemi v. Sliku 5.15. Naime, pošto proizvodnje struje nema kada zbog vremenskih uslova (oblačnost, zalazak sunca, noć) Solarne farme su kombinovane sa farmama vetra što omogućava kontinuiraniju proizvodnju struje ili sa nekim drugim izvorom. Solarne elektrane Za razliku od FNP koji direktno proizvode električnu struju iz sunčeve energije, proizvodnja električne energije u Solarnim elektranama je indirektna. Naime, kod Solarnih elektrana se fokusiranjem koncentriše Sunčeva energija u jednu tačku, preciznije na malu površinu, i tako zagreva voda (ili neki drugi medijum) u cevima kolektora i stvara vodena para koja pokreće turbine generatora koji proizvodi struju slično drugim, recimo elektranama na fosilna goriva. Ovakve elektrane nisu akumulacione elektrane. Da bi se omogućio stalni rad elektrane dakle ne samo tokom suncanih dana, već i preko noći ili lošem vremenu (oblačnost) resenje je pronadjeno u razvoju sistema za akumuliranje (cuvanje) energije, tako sto bi se ona u periodu dok 274

Slika 5.15. Hibridni system Figure 5.15 Hybrid sytem

Sunce greje predavala fluidima visoke tacke kljucanja i velikih toplotnih kapaciteta. Na taj bi se nacin oni danju zagrevali, a potom tokom noci ili u vreme oblacnosti tu istu energiju predavali pogonskom medijumu (vodi) zagrevajući je do isparavanja, a sami hladeći se. Tako su razvijeni sistemi energetskih tornjeva koji akumuliraju energiju zagrevajući neki fluid ili rastop mineralnih soli koje imaju visoku tačku isparavanja kao što je ulje, temperatura do koje se zagreva je oko 500 oC, ili neka rastopljena so (glauberova so Na2SO4, do 600 oC, kamen i sl.) akumulirajući na taj način energiju sunca u t.z. primarnom krugu u kome se voda zbog niske tačke isparavanja nikad ne koristi. Deo tako zagrejanog fluida se pumpama šalje u hladan rezervoar tečnosti i potom razmenjivač toplote kroz koji cirkuliše voda koja isparava proizvodeći neophodnu vodenu paru za pokretanje generatora i proizvodnju struje, sekundarni krug, tako da ovakve elektrane rade i noču i u lošim vremenskim uslovima. Dakle ovakva Solarna elektrana u nekoliko faza pretvara energiju Sunca u električnu, pa se često skraćeno označava kao STEA (solarna akumulaciona termoelektran). Sistem Solarne elektrane se sastoji principijelno od: 1. kolektora (centralni toplotni prijemnik) 2. polja refleksionih ogledala (heliostat) 3. tornja 4. rezervoara tople vode (fluida za akumulisanje energije, primarni krug kod STEA) 5. razmenjivača toplote, proizvodnja vodene pare za turbinu, sekundarni krug 6. rezervoara ohlađenog fluida (vode) 7. turbogeneratora naizmenične struje 275

Pored ovakvog načina skladištenje toplotne energije koji je rezultat zagrevanja i velikog toplotnog kapaciteta fluida u primarnom krugu, (ovo se naziva toplotno), akumuliranje i prenos energije sunca može biti: • hemijsko, zahvaljujuci reverzibilnim hemijskim reakcijama sa velikim toplotnim efektom, • mehanicko pomoću zamajaca velikih inercija i • termo-hemijsko Fokusiranje Sunčeve svetlosti se vrši pomoću velikog broja sočiva ili refleksionih ogledala, raznih konstrukcija koje se stalno usavršavaju, složenih u formi tanjira, ili tornja (Power tower). U zavisnosti od sistema fokusiranja razlikuju se: parabolni kanali, tanjir/mašina i energetski toranj (http://web.zpr.fer.hr/ergonomija/2004). 1. Parabolni kanal koncentriše Sunčevu energiju pomoću dugih pravougao­ nih i zakrivljenih ogledala, prema cevi kroz koju protiče ulje, koje se greje i koristi za proizvodnju vodene pare u konvencionalnom parnom generatoru za proizvodnju struje. 2. Sistem sa energetskim tornjem ili Power tower Ovaj sistem koristi kompjuterski kontrolisano polje ogledala za fokusiranje na centralni toranj, na čijem vrhu je prijemnik u kome se zagreva istopljena so, a toplota soli se koristi za zagrevanje i isparavanje vode i time pokretanje konvencionalnih parnih generatora. So efikasno zadržava energiju kao toplotnu i može se čuvati danima, što je važno za kontinuitet rada elektrane kada nema dovolno sunčeve energije zbog oblačnosti, na zalasku sunca ili noću. Mogu biti snabdevene i sa rezervoarom nekog fluida, vode, s kojim se dobija do 10 MW izlazna snaga, i tako raditi i preko noći kada nema Sunčevog zračenja. Zbog toga što ogledala prete položaj Sunca nazivaju se Heliostati. Napravljeni su demonstracioni sistemi ovog tipa sa snagom preko 10 MW. 3. Sistem tanjir/mašina ili Dish sistemi prate kretanje Sunca i tako stalno fokusiraju Sunčevo zračenje. Ovde se koriste velika ogledala oblika satelitskih antena, a apsorbovana toplota sunca u prijemniku se prenosi na pogonski fluid mehaničkom snagom koja se potom koristi za pokretanje generatora ua proizvodnju struje. Nedostatak Solarnih elektrana je u tome što one rade dok Sunce sija, i što su potrebne velike površine za elektranu, pa se zbog toga ove najčešće grade u pustinjama u kojima ima najviše Suncanih dana. Drugi nedostak je još uvek, visoka cena ogledala. Da bi se obezbedio kontinualni rad Solarne elektrane, pored elektrana sa sistemom za akumuliranje sunceve energije, koriste se i hi­ bridne tehnologije. Naime, dok sunce sija njegova energija se koristi za vodene pare i proizvodnju struje, kako je ranije opisano, a u ostalom periodu vodena para za pokretanje generatora proizvodi se upotrebom fosilnih goriva (gas, nafta, ugalj i sl). No i pored ovih nedostataka proizvodnja struje u solrno-ter276

malnim elektranama ima velike perspekive. U SAD se planira izgradnja najveće snage 1,3 GW u pustinjama Kalifornije, u Izraelu je firma Zenith Solar patentirala novi način koncentrirane solarne energije. Prednosti i nedostaci Solarne energije Advantages and disadvantages of Solar Energy Energija Sunca je najveći energetski resurs Zemlje. On predstavlja ekološki najprihvatljiviji i praktično neiscrpni izvor energije. Dostupna je posebno u područjima u kojima su drugi izvori energije preskupi. Nema rotacionih elemenata izuzev sistema pumpi, i generatora kod solarnih elektrana. Redukuju potrošnju fosilnih goriva, redukuju emisiju ugljendioksida, stvara nova radna mesta. Nedostaci su u tome što su još uvek veliki investicioni troškovi, velike oscilacije intenziteta zračenja, mala gustina energetskog toka, pa su zbog toga posebno interesantne lokacije u pustinjama, visoka cena elemenata za fokusiranje iako se stalno unapređuje tehnologija na ovom polju. Evropa nije na pogodnom području za eksploataciju, no pored toga direktno iskorišćavanje sunceve energije je u stalnom porastu, što je rezultat, pored ostalog i subvencija instaliranih kapaciteta. Do 2030 god. cilj je EU da udeo ove energije poraste sa 3% na oko 10%,. U tom smislu se razvijaju projekti za smanjenje troškova i poboljšanja efikasnost FNP, integraciji velikih razmera ge­ nerisane električne energije, povećanje performansi, i razvoj novih tehnologija za priključivanje na električnu mrežu (invertori i skladištenje energije) Korišćenje energije Sunca u Zemljama WB Using of Solar Energy in WB Countries U Hrvatskoj postoji proizvodnja FNP, s jedne strane, a sa druge i dovoljan broj Wh u proseku zimi oko 160 u priobalju, a oko 1000 leti, a slično je i sa kon­ tinentalnim delom, što je razlog sve većeg učesća Solarne energije u bilansu proizvodnje, ali i korišćenja ove energije za zagrevanje. U Hrvatskoj ali i Srbiji potrebe za toplotnom energijom se pokrivaju solarnim kolektorima, površine oko 10 m2 , a zagrejana voda se čuva u rezervoarima zapremine oko 750 lit. U upotrebi su i mali FNP sistemi namenjeni za napajanje električnom energijom domaćinstva, i specifičnih sistema, koji su često povezani sa elektrodistributiv­ nom mrežom kojoj se višak energije predaje. Solarni panel (FNP) snage 1 kW proizvodi mesečno oko 150 kW struje što je ekvivalentno 68 kg uglja, smanjenje emisije CO2 za 132 kg ili ušteda 397 lit vode u proiyvodnji struje. Prosečna vrednost dnevne insolacije na horizontalne površine za Hrvatsku je 3 do 4,5 kWh/m2. U Srbiji i drugim zemljama WB je situacija slična. Sunčeva energija se uglavnom koristi za zagrevanje pomoću solanih kolektora individualnih objekata, staklenika, a planira se izgradnja Solarnih elektrana u Vojvodini Leskovcu i drugim mestima. Godičnje se u Srbiji instalira oko 15000 m2 novih solarnih kolektrora što je nedovoljno. Na većini teritorije Srbije broj sunčanih dana je 277

znatno veći nego u mnogim evropskim zemljama i prema nekim podacima iznosi između 1500 i 2200 časova godišnje a ovaj potencijal je ekvivalentan sa 0,64 miliona toe godišnje (ili oko 16,7% ukupnog potencijala obnovljivih izvora). Najveći potencijal za korišćenje solarne energije imaju gradovi u južnom delu Srbije – Niš, Kuršumlija, Vranje pa su upravo u tim područjima započele aktiv­nosti na njenom korišćenju za proizvodnju struje. Ovo utoliko pre što se smatra da bi se uštedelo oko 7420 GWh struje, računato na oko 2,7 miliona stambenih jedinica, a skorišćavanjem ukupnog potencijala solarne energije za zagrevanje vode bi se smanjila i emisija ugljen-dioksida – za 6,5 miliona tona godišnje što je važno zbog obaveza Srbije prema Kjoto protokolu. Problem većem korišćenju ove energije je nedostatak istraživanja, t.j. solarnih karti za pojedine regione, nepoznavanje tehnologije, mišljenje da su početne investicije velike, pa bez pomoći države neće biti većeg napretka, ali i slaba informisanost. Zbog toga je Vlada Srbije pokrenula niz aktivnosti uključujući i Uredbu o podsticajnim otkupnim cenama za električnu energiju proizvedenu iz obnovljivih izvora energije. U skladu sa tom Uredbom, cena jednog kWh dobijenog iz sunčeve energije biće 23 evrocenta. 5.2.5 Bioobnovljivi izvori energije Biorenewable energy resourses Vlada Veljković Olivera Stamenković Univerzitet u Nišu, Tehnološki fakultet Leskovac Srbija

Tečna fosilna goriva su već duži niz godina osnovna i dominantna goriva za pogon motornih vozila i mašina u građevinarstvu, industriji, poljoprivredi. Primat među njima ima nafta, zbog velike toplotne moći, relativno jednostavne eksploatacije i manipulacije i mogućnosti dalje prerade. Ograničeni resursi i rast cene nafte, kao i sve veći problemi zagađenja životne sredine usmerili su istraživanja u pravcu razvoja alternativnih goriva. Najperspektivnija alternativna goriva su tzv. biogoriva, odnosno goriva dobijena iz bioobnovljivih sirovina odnosno iz biomase. Prva generacija biogoriva su etanol, biodizel i biogas, dok drugu generaciju čine; biohidrogen, bio-DME, biometanol, DMF, HTU dizel, Fišer-Tropš dizel i mešavine alkohola. Biomasa je pogodna za proizvodnju čvrstih, tečnih i gasovitih biogoriva doprinoseći energetskoj efikasnosti i održivosti, jer je u njoj sadržana energija fotosinteze ili drugim rečima rezervoar je sunčeve energije. U odnosu na fosilna koja sadrže uglavnom ugljvodonike, biogoriva sadrže više ili manje kiseonika pa se nazivaju i oksinogena goriva ili oksigenatori. Biogoriva se koriste kao pogonska goriva u transportu, kao i za za proizvodnju toplotne i električne energije. Strategija EU je da udeo biogoriva, računat na osnovu sadržaja energije, u ukupnoj potrošnji goriva za transport 278

do 2020. godine iznosi najmanje 10 %. Prednosti primene biogoriva ogledaju se u sledećem: • obnovljivi su izvor energije • zamenjuju klasična (fosilna) goriva • ekonomski su pogodnija (pozitivni neto devizni efekat, razvoj ruralnih po­dručja, povećanje industrijske proizvodnje, nova radna mesta, stimulacije i ulaganja u poljoprivredu), • ekološki prihvatljivija. Projekcija svetske potrošnja energije po tipu u periodu od 1980. do 2030. god. predviđa dominicaju fosilnih goriva, ali i povećanje udela obnovljivih izvo­ra energije pa i bioenergije odnosno biogoriva (Orlović et al., 2007). Tečna biogoriva koja već ima široku primenu u svetu jeste jesu biodizel i bioetanol, dok je biogas bioobnovljivi izvor energije, supstituent zemnom gasu. Biodizel Biodiesel Po hemijskom sastavu biodizel je smeša alkil estara nižih alifatičnih alkohola i viših masnih kiselina, koja se dobija postupkom alkoholize biljnih ulja. Svi industrijski procesi dobijanja biodizela zasnivaju se na metanolizi biljnih ulja, tako da se pod biodizelom u užem smislu podrazumeva smeša metil estara masnih kiselina (MEMK) standardizovanog kvaliteta. Prema podacima Evropskog odbora za biodizel (www.ebb-eu.org) proizvodnja biodizela u Evropi u 2009. godini je iznosila 9 miliona tona, što je za 16,6 % više u odnosu na 2008. godinu. Najveći proizvođači biodizela su Nemačka (28 % od ukupne proizvodnje), Francuska (22 %), Španija (9,5 %) i Italija (8 %). Porast aktuelnosti biodizela praćen je intenzivnim proučavanjima postupaka sinteze MEMK. Paralelno sa tim unapređivani su i industrijski postupci i teh­ nologije dobijanja biodizela. U početnim istraživanjima sinteze MEMK najčešće je proučavana homogeno katalizovana metanoliza biljnih ulja, na kojoj se zasni­ va i većina sadašnjih komercijalnih procesa dobijanja biodizela. U cilju smanjenja cene proizvodnje biodizela, pojednostavljenja postupaka izdvajanja i prečišćavanja MEMK i unapređenja procesa išlo se ka razvoju novih katalitičkih sistema i procesa. U tom smislu razvijeni su postupci heterogeno katalizovane metanolize i nekatalizovane metanolize, kao i postupci zasnovani na primeni enzima ili celih ćelija mikroorganizama za katalizu metanolize. Neki od ovih postupaka su već našli primenu u industrijskim uslovima dobijanja biodizela Sinteza biodizela Biodiesel synthesis Alkoholiza, reakcija između triacilglicerola (TAG) i alkohola, pri čemu se dobija smeša alkil estara masnih kiselina, osnovna je hemijska reakcija u proizvodnji biodizela. Ukupna reakcija se sastoji iz tri uzastopne, povratne reakcije, u kojima 279

se molekul TAG stupnjevito konvertuje u diacilglicerol (DAG), monoacilglicerol (MAG) i glicerol. U svakom stepenu reaguje po jedan mol alkohola, a nastaje jedan mol estra (Slika 5.16).

Slika 5.16 Alkoholiza triacilglicerola: a) ukupna reakcija i b) tri uzastopne i reverzibilne reakcije (R1, R2 i R3 – alkil grupe masnih kiselina) Figure 5.16 Alcoholysis of triacylglycerols: a) overall reaction and b) three consecutive and reversible reactions (R1, R2 i R3 – alkyl groups of fatty acids)

Osnovna sirovina – izvor TAG za dobijanje biodizela jesu biljna ulja. Izbor biljnog ulja kao sirovine za dobijanje biodizela zavisi od specifičnih uslova i prilika u konkretnim zemljama (klima, zastupljenost pojedinih poljoprivrednih kultura, ekonomski razvoj zemlje, navike stanovništva u pogledu sakupljanja sekundarnih sirovina i sl.). Sirovine u postojećim tehnologijama za dobijanje biodizela bila su uglavnom jestiva biljna ulja. U prvom redu tu spadaju ulje ulja­ ne repice, suncokreta, soje i palme. Primenu jestivih ulja u procesima dobijanja biodizela ograničavaju njihova primarna primena u ljudskoj ishrani i pre­hram­ benoj industriji i visoka cena. Sa druge strane, čak i da se sve trenutno dostupne količine jestivih ulja upotrebe za dobijanje biodizela, dobijene količine goriva ne bi zadovoljile trenutne potrebe za dizelom. Kao posledica toga, pažnju istra­ živača značajno privlači ispitivanje mogućnosti primene novih i jeftinijih uljnih sirovina, kao što su: korišćena ulja i masti, otpadne masti, otpadne zauljane smeše iz procesa rafinacije jestivih ulja, nejestiva ulja i ulja iz algi. Prekretnica u proizvodnji biodizela mogla bi se dogoditi ako se ojača proizvodnja biodizela iz ulja algi. Alge koje sadrže 50% ulja najiskoristivije su polazne sirovine za proizvodnju biodizela. Poređenja radi, proizvodnja palminog ulja iznosi 5.950 L ulja/ha, dok alge mogu proizvesti 95.000 L ulja/ha. To znači da se na samo 28.000 km2 ili 0,3 % teritorije SAD-a može proizvesti dovoljno biodizela za podmirivanje svih transportnih potreba ove zemlje (http:/www.ikim.gov.my). U alkoholizi biljnih ulja mogu se koristiti primarni i sekundarni monohidroksilni alkoholi sa najviše 8 ugljenikovih atoma u lancu. Zbog niske cene, visoke reaktivnosti i pogodnih osobina, najveću primenu imaju metanol i etanol. Viši i sekundarni alkoholi su pogodni zbog dobrih osobina tečenja rezultujućih 280

estara viših masnih kiselina na niskim temperaturama, ali zbog visoke cene i složenih i skupih uslova alkoholize još nemaju praktični značaj. Prednosti prime­ ne etanola su njegova veća rastvorljivost u biljnim uljima i manja toksičnost u poređenju sa metanolom. Pogodne fizičke i hemijske osobine i niska cena metanola, umereni uslovi metanolize i jednostavno razdvajanje faza, doprineli su njegovoj apsolutnoj dominaciji u procesima dobijanja biodizela, zbog čega je metanoliza ulja najčešći postupak za dobijanje biodizela. Reakcija metanolize je povratna i obično se odigrava u prisustvu viška metanola da bi se njena ravnoteža pomerila u smeru nastajanja estara. Brzina reakcije i prinos metil estara zavise od kvaliteta izvora TAG, prisustva i vrste katalizatora i primenjenih reakcionih uslova. U zavisnosti od toga da li se reakcija metanolize odigrava u ili bez prisustva katalizatora, metanoliza može biti nekatalizovana i katalizovana. Nekatalizova­na metanoliza se odigrava na visokim temperaturama i pritiscima, iznad kritičnih za metanol. U zavisnosti od vrste katalizatora, metanoliza može biti hemijski ili enzimski katalizovana. Hemijski katalizatori metanolize se razlikuju kako po svojoj prirodi, tako i na osnovu njihove rastvorljivosti u reakcionoj smeši. U za­ visnosti od toga da li je katalizator rastvoran u reakcionoj smeši ili nije, hemijski katalizovana metanoliza, može biti podeljena na homogeno, heterogeno i homogeno-heterogeno katalizovanu metanolizu (Stamenković, 2008). Načini izvođenja metanolize ulja Methods of performing methanolysis Homogeno – katalizovana metanoliza. Najčešće proučavan i u industrijskim procesima najčešće upotrebljavan način dobijanja biodizela je metanoliza biljnih ulja u prisustvu homogenog baznog katalizatora, kao što su natrijum ili kalijum hidroksid ili alkoksid. Najveći prinos metil estara (> 98 %) za kratko vreme trajanja reakcije (30 minuta) ostvaruje se primenom metoksida, čak i u niskim koncentracijama. Metoksidi su skuplji i veoma higroskopni, zbog čega je rad sa njima otežan. Natrijum i kalijum hidroksid su jeftiniji, jednostavniji za korišćenje, ali manje aktivni. Visok prinos metil estara može biti ostvaren pri većim koncentracijama hidroksida. Prednosti kalijum hidroksida, kao katalizatora metanolize, u odnosu na natrijum hidroksid su: • brže razdvajanje faza nakon završene reakcije, zbog veće molekulske mase kalijum hidroksida, koja utiče na povećanje gustine glicerolnog sloja; • smanjena tendencija nastajanja sapuna, zbog čega je smanjen gubitak metil estara rastvorenih u glicerolnom sloju; • tretiranjem glicerolnog sloja fosfornom kiselinom dobija se kalijum dihidrogen fosfat, koji može biti upotrebljen kao đubrivo. S druge strane, prednosti natrijum hidroksida su manja cena i veća brzina reakcije metanolize (Veljković, 2008). 281

Najveći nedostatak bazne metanolize je osetljivost baza na prisustvo slobodnih masnih kiselina (SMK) i vode u reakcionoj smeši. SMK (direktno u reakciji sa baznim katalizatorom) i voda (indirektno preko hidrolize estara) izazivaju reakciju saponifikacije i nastajanje sapuna, čime se smanjuje količina aktivnog katalizatora u smeši. Nastali sapuni dovode do stvaranja gelova, povećanja viskoziteta reakcione smeše i otežavaju separaciju glicerola. Najbolji prinos metil estara može se ostvariti ako su reaktanti u potpunosti anhidrovani i pri maksimalnom sadržaju SMK u biljnim uljima od 0,5 %, što odgovara kiselinskom broju 1 mg KOH/g. Ukoliko je sadržaj SMK do 5 %, reakcija još uvek može biti katalizovana bazama, s tim da katalizator mora biti dodat u višku, radi nadokna­ đivanja njegovog gubitka u reakciji saponifikacije. Sirovine sa većim sadržajem SMK mogu biti prevedene u metil estre baznom metanolizom nakon odgovarajućeg pretretmana (esterifikacija masnih kiselina u prisustvu kiselog katalizatora). Sadržaj vode je kritičniji za metanolizu od sadržaja SMK jer se ona generiše pri rastvaranju baznog katalizatora u alkoholu (Mittelbach i Rem­ schmidt, 2005). U poređenju sa bazno katalizovanom, kiselo katalizovana metanoliza je manje proučavana, zbog višestrukih prednosti baza kao katalizatora: • brzina bazno katalizovane metanoliza je oko 4000 puta veća u odnosu na metanolizu u prisustvu iste količine kiselog katalizatora na istoj temperaturi; • bazni katalizatori su manje korozivni od kiselih, pa su i zahtevi u pogledu kvaliteta opreme manji; • bazna metanoliza se odigrava u prisustvu manje količine alkohola, zbog čega je reakciona oprema manjih dimenzija; • ulaganja u industrijsko dobijanje biodizela baznom metanolizom su mno­ go manja u odnosu na kiselo katalizovani postupak. Najčešće korišćeni homogeni kiseli katalizatori metanolize su sumporna, fosforna, hlorovodonična i organske sulfokiseline. Najveći značaj ima primena sumporne kiseline, zbog niske cene i dehidratacionih osobina, što je naročito važno sa aspekta uklanjanja vode oslobođene pri esterifikaciji SMK. Nedostaci sumporne kiseline su korozivnost i reaktivnost sa dvostrukim vezama nezasićenih masnih kiselina. Hlorovodonična kiselina, kao katalizator metanolize, uvodi se u reakcionu smešu rastvaranjem gasovitog hlorovodonika u metanolu. Izuzev odsustva reaktivnosti sa dvostrukim vezama u uljnoj sirovini, osobine hlorovodonične kiseline kao katalizatora slične su osobinama sumporne kiseline. Sulfokiseline su manje aktivne, ali jednostavnije za primenu, ne reaguju sa dvostrukim vezama i neznatno utiču na boju proizvoda (Mittelbach i Remschmidt, 2005). Posledica visokih reakcionih temperatura kiselo katalizovane metanolize je nastajanje neželjenih sekundarnih proizvoda, kakvi su dialkiletri i etri glicerola. Glavna prednost kiselih katalizatora je što oni katalizuju i reakciju esterifi282

kacije masnih kiselina, zbog čega su pogodniji za metanolizu ulja sa većim sadržajem SMK. Analogno baznoj metanolizi, prisustvo vode ima negativan efekat i na kiselo katalizovanu metanolizu. Voda oslobođena pri esterifikaciji SMK utiče na smanjenje prinosa estara u kiselo katalizovanoj metanolizi ulja sa visokim sadržajem SMK. Navedeni razlozi smanjuju praktični značaj kiselo katalizovane metanolize u postupcima dobijanja biodizela. Kiseli katalizatori imaju značajniju primenu u dvostepenim postupcima dobijanja biodizela iz uljnih sirovina sa visokim sadržajem SMK. Dvostepeni proces koji uključuje kiselo katalizovanu esterifikaciju SMK i bazno katalizovanu metanolizu proizvoda prvog stupnja primenjen je za dobijanje biodizela iz ulja semena duvana, kaučuka, mahue i pirinčanih mekinja. U cilju unapređenja postupaka dobijanja biodizela homogeno katalizovanom metanolizom, istraživanja su bila usmerena ka povećanju prinosa MEMK i skraćenju vremena trajanja reakcije. Zbog nemešljivosti reaktanata i maseno-prenosnih ograničenja, koje uzrokuju male brzine reakcije na početku procesa, istraživanja obuhvataju razvijanje jednofaznih sistema ili efikasnijeg načina emulgovanja reaktanata. Prevazilaženje ovog problema može se postići primenom zajedničkog rastvarača za ulje i metanol (kosolvent), ultrazvuka, hidrodinamičke kavitacije, pogodnih reaktorskih sistema i in-situ postupka (Stamenkvić, 2008). Jedan od poznatih postupaka industrijskog dobijanja biodizela homogeno bazno-katalizovanom metanolizom jeste Lurgi tehnologija. Najčešće korišćene uljne sirovine u ovom postupku su jestiva ulja. Reakcija metanolize se odigrava u prisustvu natrijum metoksida kao katalizatora i na povišenoj temperaturi (600C) u nizu od dva reaktora sa umerenim mehaničkim mešanjem (Slika 5.17). Razdvajanje metil estarske i metanolno-glicerolne faze odvija se gravitaciono u separatorima iza reaktora. Iz svakog separatora se sa vrha izdvaja metilestarsko-uljna faza, a sa dna metanolno-glicerolna tj. alkoholna faza. Alkoholna faza iz drugog reaktora sadrži višak metanola i katalizatora i vraća se u prvi reaktor, dok se alkoholna faza iz prvog reaktora podvgava destilaciji, radi razdvajanja metanola i sirovog glicerola (konc.>80 %). Prečišćavanje estar­ ske faze odvija se suprotnosmernim ispiranjem vodom, da bi se, posle sušenja, dobio biodizel spreman za dalje korišćenje i namešavanje sa dizelom mineralnog porekla (http:/www.victoriagroup.co.rs). Pored značajnih prednosti, bazno katalizovana metanoliza ima i nedostataka, koji se odnose na kvalitet polazne uljne sirovine. Ovo predstavlja ozbiljno ograničenje primene bazno katalizovane metanolize u slučaju jeftinih sirovina, kao što su korišćena i nejestiva ulja. Pored toga, proces izdvajanja i prečišćavanja proizvoda je složen i sastoji se u višestrukom ispiranju metil estarskog sloja vodom, što otvara problem otpadnih voda. Nakon odvajanja metanola, glicerol se mora dalje prečistiti. Novi pravci razvoja tehnologije sinteze biodi283

zela usmereni su ka postupcima koji daju visoke prinose metil estara u što jednostavnijim i ekološki prihvatljivijim procesima.

Slika 5.17. Šema dobijanja biodizela Lurgijevim postupkom Figure 5.17 The schematic presentation of biodiesel production by Lurgi technology

Heterogeno-katalizovana metanoliza. Nedostaci klasičnih – konvencional­ nih načina sinteze MEMK mogu se izbeći primenom novih tehnologija koje se baziraju na korišćenju heterogenih katalizatora. Heterogeni katalizator se lako odvaja od proizvoda reakcije, čime se eliminiše proces neutralizacije katalizatora, a proces prečišćavanja proizvoda čini mnogo jednostavnijim. Na ovaj način dobija se čistiji i biodizel i glicerol. Zbog jednostavnijeg postupka i mogućnosti višestruke upotrebe katalizatora, celokupan proces heterogene sinteze MEMK istovremeno ima neuporedivo povoljniji ekonomski efekat. Ekonomski razlozi i ekološki zahtevi su osnovni preduslovi da se u bliskoj budućnosti homogena kataliza zameni heterogenom.Sinteza biodizela zasnovana na korišće­ nju odgovarajućeg heterogenog katalizatora može da umanji utrošak energije i do 50 % i tako smanji ukupne proizvodne troškove (Glišić et al., 2009). Katalitička aktivnost heterogenih katalizatora zavisi od njihove prirode, veličine i specifične povšine čestica, temperature i drugih reakcionih uslova. Generalno, aktivnost katalizatora se povećava smanjenjem veličine, odnosno povećanjem specifične površine njihovih čestica. Istraživanja heterogeno katalizovane metanolize odnose se uglavnom na primenu baznih katalizatora. Značaj čvrstih kiselih katalizatora u metanolizi biljnih ulja je manjizbog malih brzina reakcije i neželjene reakcije dehidratacije glicerola i nastajanja akroleina i vode. Kisela heterogena metanoliza je aktuelna sa aspekta dobijanja biodizela iz ulja sa velikim sadržajem SMK. U ispitivanjima heterogeno katalizovane metanolize biljnih ulja korišćena su različita jedinjenja kao katalizatori: oksidi, hi284

droksidi, alkoksidi i soli metala, zeoliti, jonoizmenjivačke smole, Mg-Al hidrotalciti, impregnirane soli alkalnih metala, alkilguanidini i metali. Heterogeno katalizovana metanoliza je izvođena pri vrlo različitim reakcionim uslovima. Prinos metil estara i brzina heterogeno katalizovane metanolize zavise od velikog broja faktora, a najznačajniji su: molski odnos metanol-ulje, temperatura reakcije, čistoća reaktanata, intenzitet mešanja i vrsta, količina i priprema katalizatora (Stamenković, 2008). Prema rezultatima dosadašnjih ispitivanja brzina heterogene bazno katalizovane metanolize je relativno mala, naročito u početnom periodu reakcije. Razlog tome su najčešće difuziona ograničenja, jer je reakciona smeša trofazni sistem koji se sastoji iz jedne čvrste faze (katalizator) i dve nemešljive tečne faze (ulje i metanol). Jedan od načina povećanja brzine heterogeno katalizovane metanolize jeste upotreba rastvarača, koji doprinose boljoj rastvorljivosti ulja i metanola. Smanjenje maseno-prenosnih ograničenja u heterogeno katalizovanim reakcijama u tečnoj fazi može se postići korišćenjem katalizatora impregniranih na nosaču. Nosači doprinose povećanju aktivne površine katalizatora njegovim vezivanjem u porama nosača. Na ovaj način celokupna količina katalizatora je dostupna za katalizu. Nanošenjem katalizatora na nosače može se povećati baznost, a samim tim i katalitička aktivnost samog katalizatora. Pored pomenutih prednosti primene nosača, ispitivanja ovakvih sistema daju osnovu za razvoj kontinualnih postupaka heterogeno katalizovane metanolize (Miladinović et al., 2010). Za dobijanje katalizatora na nosaču najčešće se primenjuju dva postupka: metoda vlažne impregnacije prekursora aktivnog katalizatora na nosaču (incipient wetness impregnation method) i sol-gel postupak. Aktivni katalizatori u ovim sistemima su najčešće oksidi alkalnih i zemnoalkalnih metala. Njihovi prekursori su termički nestabilne soli metala, najčešće nitrati i acetati, koji su impregnirani na nosaču i iz kojih se oksidi metala dobijaju kalcinacijom na visokim temperaturama. Kao nosači katalizatora mogu se koristiti materijali koji su termički stabilni, imaju odgovarajuću specifičnu površinu i poroznost, stabilizuju impregnirane molekule aktivnog katalizatora na svojoj površini i onemogućavaju njihovo luženje. U dosadašnjim ispitivanjima kao nosači katalizatora korišćeni su alumina, silika, ZnO, MgO i ZrO (Zabeti et al., 2009). Jedini komercijalni kontinualni postupak metanolize biljnih ulja primenom heterogenog katalizatora, poznat kao Esterfip-H proces, projektovan je od strane Axens IFP group Technologies (Francuska). U ovom trenutku, pored postrojenja u Francuskoj, Sète, koje je pušteno u rad u martu 2006. godine, završeno je i postojenje u Švedskoj (2007), dok je u izgradnji još 6 fabrika na različitim lokacijama širom sveta. Osnovne karakteristike ovog postupka su: • visok prinos biodizela (99%), • glicerol koji se dobija sa čistoćom iznad 98%, bez tragova neorganskih soli, 285

• jednostavan postupak (nema pranja estara vodom) • manja potrošnja katalizatora po toni proizvedenog biodizela. Katalizator reakcije metanolize je mešavina oksida cinka i aluminijuma spinalne strukture, a reakcija se izvodi na povišenoj temperaturi i pritisku u odno­ su na homogeno katalizovanu i uz višak metanola. Željena konverzija i biodizel koji odgovara standardima dobija se u dva uzastopna reaktora sa međustepenom separacijom glicerola u cilju smanjenja brzine povratne reakcije između glicerola i estara masnih kiselina i pomeranja ravnoteže reakcije u desno (Slika 5.18). Višak metanola se uklanja posle svakog reaktora delimičnim isparavanjem, a zatim se estri i glicerol razdvajaju u separatoru. Deo za prečišćavanje stvorenih estara sastoji se od finalnog isparivača metanola pod vakuumom i adsorbera za fino prečišćavanje. Dobijeni biodizel iz prvog, odnosno drugog reaktora sadrži 94,1%, odnosno 98,3% MEMK. Glicerol, čistoće 98 % ne sadrži soli niti neorganska jedinjenja, a glavne nečistoće u njemu su voda, metanol i meti estri (Bournay et al., 2005).

Slika 5.18. Šema dobijanja biodizela Esterfip-H postupkom Figure 5.18 Schematic presentation of Esterfip-H method for biodiesel production

Enzimski katalizovana metanoliza. Pored hemijski katalizovane metanolize, poslednja decenija obeležena je intenzivnim proučavanjem primene enzima u procesima dobijanja biodizela. Enzimi – lipaze (EC 3.1.1.3) katalizuju esterifikaciju masnih kiselina i metanolizu TAG. Zbog svoje aktivnosti u nevodenim i vo­ denim sredinama, na ili u blizini međufaznih površina, bez prisustva kofaktora 286

u većini slučajeva, lipaze su najverovatnije najčešće korišćeni enzimi u biotransformacijama. U sintezi biodizela lipaze su prvi put korišćene 1986. go­ dine u vodenoj sredini, a od 1990. godine u nevodenoj sredini (Mittelbach i Remschmidt, 2005). Enzimski katalizovana alkoholiza je mnogo jednostavniji proces jer nije potreban metanol u višku, prečišćavanje metil estara i glicerola je nepotrebno, a njihovo razdvajanje jednostavno i nema otpadnih voda. Osim toga, u prisustvu lipaza istovremeno se odigravaju i metanoliza TAG i esterifikacija SMK pri blagim uslovima temperature, pritiska i pH vrednosti sredine. Nedostaci prime­ ne enzimskog postupka su visoka cena enzima, male brzine procesa i neophod­ nost pažljive kontrole reakcionih parametara. Na osnovu ekoloških prednosti, enzimski proces se ubraja u tzv. „zelene postupke“ sinteze biodizela, koje će u budućnosti imati sve veći značaj i primenu. Najveći broj istraživanja enzimski katalizovane metanolize odnosi se na primenu imobilisanih (ekstraćelijskih) enzima ili imobilisanih mikrobnih ćelija (intraćelijskih enzima), jer se na taj način povećava njihova aktivnost i stabilnost (Ognjanović et al., 2010). U početnim istraživanjima enzimski katalizovane metanolize uglavnom su korišćene ekstraćelijske lipaze. Na brzinu enzimski katalizovane metanolize i prinos estara utiče veliki broj različitih faktora, čije je dejstvo najčešće kombinovano. Metanoliza ulja se, generalno, odigrava u prisustvu male količine vode, koja omogućava održavanje aktivne konformacije lipaza. Lipaze katalizuju i reakciju hidrolize u vodenoj sredini, pa višak vode stimuliše i ovu konkurentnu reakciju. Optimalni sadržaj vode, koji zavisi od vrste i oblika lipaze, kvaliteta uljne sirovine i prisustva rastvarača, predstavlja kompromis između sprečavanja hidrolize i povećanja enzimske aktivnosti za reakciju metanolize. Mali prinosi estara u enzimski katalizovanoj metanolizi posledica su inaktivacije lipaza u kontaktu sa metanolom i glicerolom, koji zbog svoje jako male rastvorljivosti ostaju u vidu kapljica u ulju. Problem inaktivacije lipaza se uspe­ šno prevazilazi, a njihova efikasnost povećava sledećim postupcima (Veljković, 2008): • stupnjevitim dodavanjem metanola u toku reakcije, u skladu sa dinamikom njegove potrošnje; • dodavanjem organskog rastvarača: 1,4 dioksan, izo-oktan, heksan, t-butanol; • preinkubacijom imobilisanih enzima u metil oleatu i ulju i • primenom novih acil akceptora umesto metanola: metil acetata i etil acetata. Iako se dugo verovalo da u reakciji metanolize ulja najbolje katalitičke osobine poseduje komercijalna imobilisana lipaza Candida antarctica – Novozyme 435, novija istraživanja daju prednost lipazi Pseudomonas cepacia. Da bi se ekstraćelijske lipaze koristile kao biokatalizatori metanolize, potrebno ih je izo­ lovati, prečistiti i imobilisati, što nije tako jednostavno, naročito u industrijskim 287

uslovima. Ovi problemi se prevazilaze upotrebom intraćelijskih lipaza, odnosno celih mikrobnih ćelija, koje se mogu spontano imobilisati na poroznim česticama u toku šaržne kultivacije. Tako su ćelije Rhizopus oryzae, imobilisane na poroznim česticama poliuretanske pene, uspešno korišćene za metanolizu ulja soje. Kao biokatalizatori metanolize korišćeni su genetički modifikovane ćelije kvasca Saccharomyces cerevisiae. Ćelije kvasca su modifikovane ubacivanjem plazmida sa genom koji kodira sintezu lipaze u R. oryzae i C. antarctica (Tanino et al., 2007). Enzimski postupak sinteze MEMK se industrijski primenjuje u postrojenjima Lvming Co. Ltd. u Šangaju i Hainabaichuan Co. Ltd., provincija Hunan u Kini. Kao katalizatori metanolize koriste se immobilisane lipaze Candida sp. 99–125 i Novozyme 435. U fabrici Lvming Co. Ltd se, kao uljna sirovina, koristi korišćeno ulje, proces izvodi u šaržnom reaktoru sa mešanjem, a prinos MEMK je 90% (Tan et al., 2010). Nekatalizovana metanoliza. Pod ekstremno visokim uslovima temperature i pritiska, iznad kritičnih uslova za metanol (239 oC i 8,09 MPa) metanoliza se može odigrati bez prisustva katalizatora. U natkritičnim uslovima gustina, viskozitet i dielektrična konstanta metanola su znatno manje u odnosu na nor­ malne uslove. Vrednosti dielektrične konstante metanola i ulja u natkritičnim uslovima metanola su vrlo bliske, što je preduslov da se ostvari jednofazni sistem ulja i metanola. Tada je rastvorljivost metanola u ulju praktično potpuna čime su ostvareni uslovi za veoma brzu metanolizu, a vreme trajanja reakcije do visokog prinosa metil estara meri minutama.Pored toga, jonski proizvod metanola se povećava sa povećanjem pritiska, zbog čega se pretpostavlja da metanol u natkritičnim uslovima nije samo reaktant nego i kiseli katalizator (Kusdiana i Saka, 2004). Jako značajna osobina natkritične metanolize je da prisustvo SMK i vode u reakcionoj smeši nema negativan efekat na prinos metil estara. U nekatalizovanoj metanolizi reakcije metanolize TAG i esterifikacije SMK se odigravaju isto­ vremeno, pri čemu je brzina reakcije metanoliza TAG manja u odnosu na esterifikaciju SMK. Razlozi za to su veća rastvorljivost SMK, naročito nezasićenih, u metanolu u odnosu na TAG i jednostavniji mehanizam reakcije esterifikacije. Ovakvi rezultati otvaraju mogućnosti primene neprečišćenih i otpadnih ulja sa visokim sadržajem SMK i vode za dobijanje biodizela postupkom natkritične metanolize. Osim toga, prečišćavanje dobijene smeše MEMK je praktično nepotrebno. Za ostvarivanje visokih prinosa metil estara preporučije se prisustvo metanola u velikom višku u odnosu na stehiometrijski potrebnu količinu (molski odnos metanol:ulje 42:1). Visok molski odnos omogućava povećanje kontaktne površine između metanola i TAG, što pogoduje konverziji. I pored navedenih prednosti, nekatalizovana metanoliza još uvek nema primenu u industrijskim uslovima, zbog ekstremnih reakcionih uslova i visokih zahteva u pogledu reakcione opreme (Pinnarat i Savage, 2008). 288

Proces dobijanja biodizela The process of biodiesel production Proces dobijanja biodizela zavisi od polazne uljne sirovine i načina izvođenja reakcije alkoholize TAG i generalno uključuje sledeće glavne faze: pretret­ man ulja, metanoliza ulja, razdvajanje proizvoda reakcije i prečišćavanje dobijene smeše MEMK. Pretretman uljne sirovine generalno seprimenjuje u slučaju kada je sadržaj SMK u ulju iznad granice za nesmetano izvođenje bazno katalizovane reakcije metanolize ulja. U tom slučaju SMK se esterifikuju u prisustvu kiselog katalizatora, a dobijeni proizvod dalje podvgava bazno katalizovanoj metanolizi. Nakon završetka reakcije metilestarska i alkoholna faza, koja sadrži glicerol koji je nastao u reakciji metanolize i metanol koji je dodat u višku na početku reakcije, se razdvajaju najčešće gravitacionom separacijom. Nakon toga izdvoje­ na metilestarska faza se podvrgava prečisćavanju u cilju otklanjanja zaostalih količina katalizatora (u slučaju homogeno katalizovane metanolize), alkohola i drugih primesa. Proces prečišćavanja metilestarske faze obuhvata ispiranje vodom, izdvajanje otpadne vode i sušenje, najčešće pod vakuumom na povišenoj temperaturi. U cilju rekuperacije metanola, metanolno-vodena faza iz kiselo katalizovane esterifikacije SMK i metanolno-glicerolna faza iz bazno katalizovane metanolize acilglicerolase spajaju i podvrgavaju rektifikaciji. Na ovaj način dobija se metanol dobrog kvaliteta tj. sa bezznačajno malim sadržajem zaostale vode, koji može biti upotrebljen u metanolizi novih količina ulja. Izdvojeni glicerol je tehničkog kvaliteta i može dalje biti prečišćen radi primene u drugim granama industrije ili iskorišćen za sintezu/biosintezu drugih proizvoda. Prednosti i nedostaci primene biodizela The advantages and disadvantages of biodiesel utilization Biodizel predstavlja visokokvalitetno gorivo za dizel motore, kao posledica sledećih karakteristika: • bezbeđuje bolje paljenje i mazivost motora u odnosu na fosilni dizel, što znači veću efikasnost i trajnost; • jednostavno rukovanje: tačka kjučanja oko 150 °C (fosilni dizel oko 70 °C); • ne zahteva obimnije intervencije na motorima i • nije potrebno menjati postojeće transportne i skladišne sisteme. Ovome je u velikoj meri doprineo dobro definisan standard kvaliteta biodizela. Standard EN 14214 (2003) definisan od strane Evropskog komiteta za stan­ dardizaciju (CEN) važi u zemljama članicama Evropske unije, a prihvaćen je i od strane mnogih drugih država među kojima je i naša zemlja (Tešić i Kiss, 2010). Pored toga osnovna sirovina za dobijanje biodizela je obnovljiva, pa je i bio­ dizel obnovljiv izvor energije, a njegovom primenom smanjuje se potreba za fosilnim dizelom, samim ti i za uvozom nafte, čime se umanjuje i rizik u snad289

bevanju. Posmatrano sa stanovišta očuvanja životne sredine, zamena fosilnog dizel D-2 biodizelom ima niz prednosti. U odnosu na fosilni dizel, biodizel je netoksičan i biodegradabilan: stepen biološke razgradnje fosilnog dizela je 50%, a biodizela 98% za tri nedelje. Sagorevanjem biodizela oslobađaju se manje količine CO2, CO, SO2, nesagorelih ugljovodonika čađi i dr. čvrstih čestica. Količine CO2, koji se emituje pri sagorevanju biodizela odgovaraju količinama koje uljarice vežu iz atmosfere u toku svog životnog ciklusa. To praktično znači da je biodizel neutralan u odnosu na CO2. Biodizel sadrži 10–11 % kiseonika, zbog čega je njegovo sagorevanje u motorima potpuno, a emisija CO i nesagorelih ugljovodonika smanjena u odnosu na fosilni dizel. Smanjena emisija SO2 pri sagorevanju biodizela posledica je vrlo malog sadržaja sumpora u njemu (0,01 %) (Stamenković, 2008). Prednosti proizvodnje i primene biodizela obuhvataju i sledeće: • supstituciju uvoza nafte i naftinih derivata domaćim proizvodima i smanjenje zavisnosti makroekonomskih parametara od spoljnih faktora, • povećanje deviznih rezervi, • podsticaj za otvaranje novih radnih mesta, • povećanje industrijske proizvodnje, • dodatno prelivanje sredstava ka poljoprivredi i • doprinos ekonomskom razvoju ruralnih sredina. Najveća prepreka komercijalizaciji biodizela jeste njegova, još uvek, visoka cena u odnosu na dizel D-2. Mogući načini smanjenja cene biodizela uključuju unapređenje postojećih i razvoj novih postupaka dobijanja biodizela kao i upo­ trebu jeftinih uljnih sirovina (korišćena, otpadna i nejestiva ulja). Drugi, možda značajniji način, jeste promena mera ekonomske politike, uki­ danje akciza na biodizel i uvođenje subvencija u poljoprivrednoj proizvodnji ulja­ rica, na osnovu zakonske regulative kojom se reguliše potrošnja obnovljivih izvora energije. U tom smislu, a sa ciljem ratifikacije KyotoProtocol-a, Evropski parlament i Savet su usvojili Direktive 2003/30/EC (08.05.2003) i 2003/96/EC (27.10.2003), kojima se zemlje članice EU obavezuju da obezbede minimalne proporcije biogoriva i ostalih obnovljivih goriva na svojim tržištima, a daje im se i mogućnost da biogorivo oslobode oporezivanja. Ugovorom o energetskoj za­ jednici, čiji potpisnik je i naša država, svaka država potpisnica je u obavezi da dostavi svoje planove o korišćenju biogoriva u skladu sa Direktivom 2003/30/EC. Sve ovo je u uticalo da se cena biodizela približi ceni dizela fosilnog porekla. Uslovi za proizvodnju biodizela u zemljama WB The biodiesel production in theWB countries Pokušaji proizvodnje biodizela u Srbiji započeli su sredinom devedesetih godina prošlog veka uvreme sankcija Saveta bezbednosti UN prema SR Jugoslaviji i nestašice dizel goriva.U tom periodu izgrađeno je ili rekonstruisano više hemijskih postrojenja zaproizvodnju biodizela. Planirana proizvodnja za 290

1994. i 1995. god. od po 50.000 tona biodizela je samo u maloj meri ostvarena. Osnovni razlog tome je što do 2007. god. nije postojao, ni u najavama, odnos države prema korišćenju obnovljivih biogoriva. Tek su januara 2007. god. najavljene mere koje bi trebale da važe od polovine 2008. god., a kojima se država jasno opredelila da podstiče i pomaže uvođenjei korišćenje obnovljivih goriva. U Srbiji 2005. nije postojao funkcionalan pogon većeg kapaciteta za proizvodnju kvalitetnog biodizela. U Republici Srbiji se kao sirovina za proizvodnju biodizela mogu koristiti jestiva ulja (suncokret, soja i uljana repica), kao i otpadna jestiva ulja. Ukupne površine pod uljaricama se procenjuju na 668 800 ha, od čega bi se uljarice za dobijanje biodizela mogle gajiti na 350 000 ha. Prosečna proizvodnja biodizela od uljanih biljaka koje se mogu uzgajati u Republici Srbiji prikazana je u tabeli 5.3. Pored toga, potrošnja jestivog ulja u Republici Srbiji iznosi oko 16 litara po glavi stanovnika, što upućuje na zaključak da bi se u Republici Srbiji godišnje moglo sakupiti oko 10.000 tona otpadnih jestivih ulja pogodnih za proizvodnju biodizela (Tešić i Kiss, 2010). Usvajanje standarda kvaliteta biodizela je osnovni preduslov za proizvodnju i korišćenje biodizela na savremen način, isti kao i uzemljama EU. Pojam i kvalitet biodizela izjednačeni su sa onim što se pod tim pojmom i kvalitetom podrazumeva u EU. Instalirana postrojenja značajnog kapaciteta za proizvodnju biodizela u Republici Srbiji su: Victoria oil, Šid; Dijamant, Zrenjanin; Vital, Vrbas; Banat, Nova Crnja; Sunce, Sombor; Plima M, Kruševac. Victoriaoil je 2007. god. u Šidu izgradila fabriku kapaciteta 100 000 t biodizela godišnje. Ukupna vrednost ove investicije iznosila je oko 20 miliona evra i tako svrstala fabriku za proizvodnju biodizela u Šidu među najveće investicione projekte u zemlji. Postrojenja su rađena po nemačkoj Lurgi tehnologiji. Sa šidskom fabrikom biodizela Srbija je trebalo da osvoji dva procenta od 5,67 odsto u ukupnoj potrošnji goriva koje EU traži od svojih članica. Pošto je došlo do bitnog porasta cena ulaznih sirovina za biodizel a neznatnog porasta cene mineralnog dizela u 2008. i 2009. god. obustavljena je proizvodnja biodizela, a proizvodi se jestivo ulje. Osim toga, izostale su očekivane podsticajne mere države. Tabela 5.3 Proizvodnja biodizela iz uljarica Table 5.3 Biodiesel production from oil crops Uljarica

Prosečan prinos zrna (t/ha)

Sadržaj ulja u zrnu (%)

Suncokret Soja Uljana repica

1,79 2,25 1,69

40 18 36

Proizvodnja biodizela (kg/ha) (L/ha) 716 816 405 460 608 690

291

Slična je situacija u Republici Makedoniji gde je kompanija Makpetrol u blizini Skoplja otvorila prvu fabriku biodizela. Godišnji kapacitet fabrike je 30 000 tona biodizela, što će zadovoljiti domaće potrebe i omogućiti izvoz. Biodizel će se proizvoditi od sirovog ulja dobijenog iz semena uljane repice, po svetskom standardu koji omogućava mešanje sa fosilnim dizel gorivom. Vlada Makedonije planira da do 2010. godine udeo biodizelau potrošnji goriva iznosi 10%, a da se do 2015. godine potrošnja tog ekološkog goriva poveća na 15% ukupne potrošnje goriva. U Republici Hrvatskoj postoje tri velika postrojenja za proizvodnju biodizela: Biodizel Vukovar d.o.o. kapaciteta 35.000 t/god., Biotron d.o.o., (ranije Modibit d.o.o) u Ozlju, kapaciteta 20.000 t/god. i Vitrex d.o.o u Virovitici kapaciteta 6.000 t/god. U fazi planiranja je izgradnja još pet postrojenja za proizvodnju biodizela. U Tabeli 5.4 je prikazana potrebna proizvodnja biodizela u Srbiji, pod pretpostavkom usvajanja Uredbe o sadržaju biogoriva u gorivima za motorna vozila ili Direktive2003/30/EC Evropskog parlamenta i Saveta. Tabela 5.4 Projekcija potrošnje biodizela u Srbiji u skladu sa Uredbom o sadržaju biogoriva u gorivima za motorna vozila ili Directivom 2003/30/EC Evropske unije Table 5.4 Projection of biodiesel consumption in Serbia in accordance with Regulation of biofuel content in fuels for motor vehicles or EU Directive 2003/30/EC Pokazatelj Potrošnja dizela u Srbiji (u hilj. t) Deo dizela koji će biti zamenjen biodizelom (u hilj. t) Direktiva2003/30/EC (u hilj. t)

2007

2008

Godina 2009

2010

2011

1 455

1 542

1 634

1 732

1 835

30,4 (2 %) 57,5 (3,5 %)

48,3 (3 %) 74,0 (4,25 %)

68,2 (4 %) 92,3 (5 %)

90,4 95,9 (5 %) (5 %) 112,5 119,3 (5,75 %) (5,75 %)

Očekivanom Uredbom Vlade Srbije proizvođači i distributeri goriva bili bi u obavezi da u sva fosilna goriva umešavajubiogorivo i to počev sa 2007. godinom, a u sledećim zapreminskim procentima: 2007: 2%,2008: 3%, 2009: 4%, 2010. i kasnije 5%. Do januara 2010. ova Uredba nije doneta. U Srbiji 2010. god. nisu učinjeni značajni podsticaji za proizvodnju i korišćenjebiodizela. Kao razlozi što se biogoriva, pa ni biodizel, nisu koristila kao energenti (ili je to rađeno u zanemarljivim količinama) navode se: odsustvo odgovarajućih pravnih i tehničkih propisa, neiskren i nedovršen odnos prema evropskim integracijama, nedovoljno odgovoran odnos prema zaštiti životne sredine i zanemarljiv broj stručnjaka svih profila i kvalifikacija koji su osposobljeni za uvođenje u korišćenje različitih vidova obnovljivih izvora energije.

292

Bioetanol Bioethanol Bioetanol je tečni obnovljivi izvor energije koji se dobija iz biomase, tj. predstavlja etanol dobijen preradom šećernih, skrobnih i lignoceluloznih biljnih kultura. Posebna pogodnost je mogućnost korišćenja bioetanola kao dodataka benzinu u Otto motorima. U upotrebi su različite mešavine bioetanola i benzina. Kakav je odnos mešanja sa benzinom eksplicitno se vidi iz oznake goriva. E je oznaka za bioetanol, a brojni podatak označava procentualni zapreminski udeo bioetanola u gorivu. Često uz slovo E stoji i oznaka d što znači denaturisani bioetanol, tj. bioetanol koji nije za piće. Kada se govori o bioetanolu kao gorivu, onda se najčešće misli na smešu 85 % bioetanola i 15 % benzina, koja se označava sa E85. Bioetanol se proizvodi fermentacijom šećera prisutnih u biomasi ili šećera dobijenih prethodnom kiselinskom ili enzimskom konverzijom sastojaka biomase. Fermentacija šećera biomase se vrši pomoću mikroorganizama, i to tradicionalno pomoću kvasaca, a u novijim tehnologijama i pomoću određenih vrsta bakterija. Tehnologija za proizvodnju bioetanola se, dakle, razlikuje u zavisnosti od vrste primenjene sirovine – supstrata i globalno se može podeliti u tri faze (Slika 5.19): Prethodna obrada supstrata – priprema sirovine Fermentacija supstrata Izdvajanje proizvoda (striping, rektifikacija, i obezvodnjavanje).

Slika 5.19 Uprošćena blok-šema dobijanja bioetanola iz biomase Figure 5.19 A simplified block diagram of bioethanol production from biomass

Faza pripreme sirovine ima za cilj da se skrobne ili celulozne komponente iz biomase prevedu u fermentabilne šećere i vrši se pomoću enzima ili kiselina. Fermentabilni šećeri su oni šećeri koje mikroorganizmi mogu metabolisati, odnosno fermentisati do etanola, i to su uglavnom monosaharidi sa šest (glukoza, fruktoza, galaktoza, manoza) odnosno pet ugljenikovih jedinica (ksiloza, arabinoza) ili disaharidi (saharoza, maltoza, laktoza). Supstrati na bazi biomase koja je bogata šećerima, kao na primer, šećerna repa, ne zahtevaju predhodnu hidrolizu, već se na njima može direktno izvoditi mikrobiološka fermentacija do etanola.

293

Dobijanje bioetanola Bioethanol production Bioetanol se može proizvesti fermentacijom iz svih sirovina u kojima ima šećera koje proizvodni mikroorganizam može da metaboliše, ili u kojima ima polisaharida koji se mogu razgraditi do šećera. Postoji veliki broj potencijalno mogućih sirovina za proizvodnju bioetanola i generalno su prema tipu ugljenih hidrata koji dominira, podeljene u tri kategorije: • šećerne sirovine: šećerna repa, topinambur i šećerna trska, • skrobne sirovine: krtolaste (krompir, sladak krompir i kazava) i žitarice (pšenica, raž, kukuruz, ječam i sirak) i • lignocelulozne sirovine (papir, karton, gradski otpad, drvo, trava i drugi vlaknasti biljni materijali). Šećeri za proizvodnju etanola (glukoza, fruktoza, saharoza, maltoza) mogu se dobiti iz svake od ovih tri grupe sirovina, koristeći činjenicu da se polisaharidi, dekstrini, inulin, skrob i lignoceluloza mogu hidrolizovati do šećera pre prevođenja u etanol. Kada se razmatra izbor industrijske sirovine za proizvodnju bioetanola, moraju se uzeti u razmatranje faktori kao što su (Pejin et al., 2007): • koncentracija ugljenih hidrata (stepen iskorišćenja sirovine) • cena i dostupnost sirovine (svaka zemlja se opredeljuje za sirovinu koje ima najviše u njenom geografskom i klimatskom okruženju) i • cena tehnološkog postupka za proizvodnju bioetanola na određenoj sirovini. Hidroliza sirovina. Osnovni cilj hidrolize je da se izvrši efikasna konverzija dve osnovne polimerne komponente skroba: amiloze, linearnog makromoleku­ la na bazi glukoze vezane α-D-(1-4) glukozidnim vezama i amilopektina, razgra­ natog makromolekula na bazi glukoznih jedinica vezanih α-D-(1-4) i α-D-(1-6) vezama, do fermentabilnih šećera, koji se zatim mogu fermentisati do etanola pomoću određenih vrsta kvasaca ili bakterija. Efikasnost hidrolize se kvantitativno prati određivanjem dekstroznog ekvivalenta (DE), koji predstavlja procenat raskinutih glikozidnih veza (Chaplin i Bucke, 1990). Čista glukoza ima DE=100, čista maltoza 50, a skrob 0. Dekstrozni ekvivalent se može predstaviti na sledeći način: broj raskinutih glikozidnih veza DE = ————————————————————————————— . 100 broj glikozidnih veza prisutnih u skrobu na početku U praksi se koristi sličan, mada ne identičan izraz: koncentracija redukujućih šećera DE = ———————————————————— . 100 početna koncentracija skroba 294

Hidroliza se može vršiti pomoću kiseline (kiselinska hidroliza) ili pomoću enzima (enzimska hidroliza). Kiselinska hidroliza.Ranijih godina je uglavnom korišćena hidroliza skroba kiselinama. Kao agensi za hidrolizu koristile su se hlorovodonična, sumporna i oksalna kiselina, koje katalizuju raskidanje glikozidnih veza u makromolekulima amiloze i amilopektina. Katalitičkom sposobnošću kod kiselina raspolažu joni vodonika. Hidroliza glikozidne veze uključuje protonizaciju kiseonika, formiranje konjugovane kiseline, a potom i disocijaciju aciklične ili ciklične C1-O veze, pri čemu nastaje karbonijum jon, koji sa vodom gradi protonovan šećer, a nakon toga redukujući šećer (BeMiller, 1967), kao što se vidi na slici 5.20. Uređaji za hidrolizu (konvertori) su u prošlosti pretrpeli velike promene. Najpre se, hidroliza odigravala u otvorenim sudovima, u uslovima atmosferskog pritiska i temperature od 100 0C, što je bio težak i dugotrajan proces (više časova). Kasnije, se prešlo na hidrolizu skroba u autoklavima, u kojima se proces vrši u uslovima povišenog pritiska i temperature, a vreme trajanja procesa sraćeno na 20 – 30 min. Danas se primenjuje Kroyer-ov kontinualni proces hidrolize skroba. Postupak kiselinske hidrolize zahteva korišćenje materijala koji su otporni na koroziju, velike utroške energije, uklanjanje slanog ukusa dobijenog hidrolizata, i uz to, ovaj proces je bilo teško kontrolisati, jer se razgradnja nije završavala do fermentabilnih šećera, nego se nastavljala do furfurala i sličnih proizvoda, koji mogu da inhibiraju fermentaciju.

Slika 5.20 Mehanizam hidrolize glikozidne veze katalizovane kiselinom Figure 5.20 The mechanism of glycosidic bond hydrolysis catalyzed by acid

Prednosti i nedostaci kiselinske hidrolize, sa aspekta njenog korišćenja za alkoholnu fermentaciju su (Woodward, 1987): 295

Prednosti: • Nije potrebna prethodna priprema • Velika brzina hidrolize • Jeftin i lako dostupan katalizator • Relativno niska reakciona temperature (sa koncentrovanom kiselinom) Nedostaci: • Razgradnja šećera • Obavezna neutralizacija hidrolizata pre fermentacije • Inhibicija rasta kvasca sporednim proizvodima hidrolize • Niži prinos etanola • Nemogućnost istovremenog sprovođenja saharifikacije i fermentacije • Skuplji konstrukcioni materijali za izradu opreme Enzimska hidroliza. Razvoj i usavršavanje tehnologije proizvodnje amilolitičkih enzima doveo je do zamene procesa hidrolize skroba kiselinama enzimskom hidrolizom. Amilaze predstavljaju najvažnije hidrolitičke enzime koji se koriste u industriji skroba. Producenti α-amilaze su plesni, kvasci, bakterije, akti­ nomicete, mada se u njihovom industrijskom dobijanju uglavnom koriste plesni i bakterije. U savremenom postupku hidrolize skroba prvo se primenjuje enzim α-ami­ laza koji vrši likvefakciju skroba tako što hidrolizuje unutrašnje α-D-(1-4)-gliko­ zidne veze. Amilaza iz Bacillus amyloliquefaciens je prva korišćena α-amilaza. Dalje usavršavane tehnologije enzima od strane kompanije Novozymes (Danska) dovelo je do komercijalne primene termostabilne α-amilaze dobijene iz Bacillus licheniformis pod komercijalnim nazivom Termamyl 120L, kao i Terma­ myl SC. To je doprinelo i razvoju ekonomski znatno povoljnijeg industrijskog postupka u odnosu na prethodne postupke, koji su, da bi razorili kristalnu strukturu skroba koristili termički tretman na temperaturi od 150°C, i razvijen je takozvani “dvostepeni hladni enzimski postupak”, koji se sastoji iz dve faze: likvefakcije i saharifikacije. Prva faza postupka enzimske hidrolize je likvefakcija (utečnjenje) ili razlaganje skroba do kompleksnih šećera, i ona obuhvata: intenzivno mešanje polaznog skrobnog materijala sa vodom, podešavanje pH smeše do vrednosti potrebne za primenjeni enzim, mešanje smeše koja sadrži odgovarajući odnos α-amilaze i skroba koji se razgrađuje i zagrevanje smeše na temperaturu od 85 – 110°C u toku 1 – 1,5 h. Skrob sa povišenjem temperature želatinizira, formirajući gustu, viskoznu kašu. Pod dejstvom enzima skrob se razlaže do kompleksnih šećera (dekstrina). Likvefakcija je prvi i najvažniji korak u proizvodnji hidrolizata, gde je potrebno izvršiti delimičnu hidrolizu skroba, uz smanjenje viskoznosti suspenzije. Nakon ovog tretmana dekstrozni ekvivalent (DE) utečnjenog skroba je u intervalu 10 – 20, u zavisnosti od količine dodatog enzima. Kada je faza likvefakcije kompletno završena, smeša postaje tečna. Na brzinu 296

likvefakcije skroba α-amilazom deluje više faktora: temperatura, pH, brzina mešanja, vreme trajanja likvefakcije, koncentracija supstrata, koncentracija en­ zi­ma, viskozitet smeše, dodatak Ca2+ jona. pH optimum α-amilaza kreće se od 2 do 12. Amilaze iz većine bakterija i plesni imaju pH optimum u kiselom i neutralnom opsegu. Stabilne su u temperaturnom intervalu od 25 – 130°C. Tako npr. amilaza iz B. licheniformis CUMC 305 pokazuje visoku stabilnost u toku 4 h na 100°C. Mnogi faktori utiču na termostabilnost amilaza, a to su: prisustvo Ca2+ jona, vrsta supstrata, prisustvo stabilizatora. Određeni metalni katjoni, na­ ročito teški metali, reagensi sa sulfhidrilnom grupom, EDTA, mogu da inhibiraju α-amilaze. One su metaloenzimi, koji sadrže najmanje jedan Ca2+ jon, a njihov afinitet za Ca2+ jone je veći nego za druge jone. Prisustvo Ca2+ jona u višku stabilizuje enzim, dok α-amilaze u njihovom prisustvu pokazuju i veću termostabilnost. Preporučene količine Ca2+ jona su 40 – 60 g/t skroba (Pejin et al., 2007). Druga faza enzimske hidrolize skroba je saharifikacija skroba, koja se odigrava primenom enzima glukoamilaze koji vrši dalju razgradnju skroba hidrolizujući α-D-(1-4) i α-D-(1-6)–glikozidne veze skroba. Razgradnja počinje od neredukujućeg kraja makromolekula, što dovodi do nastajanja glukoze kao krajnjeg produkta. Saharifikacija skroba obuhvata: hlađenje smeše do optimalne temperature za enzim saharifikacije, podešavanje pH za glukoamilazu, dodavanje glukoamilaze u odgovarajućoj količini i održavanje optimalnih vred­ nosti pH i temperature, uz konstantno mešanje dok se saharifikacija potpuno ne završi. Završetak faze saharifikacije utvrđuje se iz sadržaja šećera, odnosno određivanjem DE vrednosti (Pejin et al., 2007). Za postupak saharifikacije se najčešće koristi enzim glukoamilaza u rastvor­ nom obliku, i to je ujedno jedan od najkorišćenijih industrijskih enzima. Mnoge vrste gljiva sposobne su da proizvedu glukoamilazu pod različitim uslovima. Najčešći producenti su Aspergillus awamori, A. foetidus, A. niger, A. orzyae, A. terreus, Mucor rouxiaus, M. javanicus, Neurospora crassa, Rhizopus delmar, Rh. orzyae, Arthrobotrys amerospora. Industrijska proizvodnja glukoamilaze fo­ kusirana je na proizvodnju iz Aspergillus niger i Rhizopus orzyae. Njihov značaj je u dobroj termostabilnosti, posebno kod Aspergillus sojeva i visokoj aktivnosti pri neutralnim pH vrednostima. Enzim glukoamilazu (amiloglukozidazu) komercijalno proizvodi Novozymes, Danska, a najpoznatiji komercijalni proizvodi su: SAN extra L (400 AGU/g) iz Aspergillus niger, Spiritzyme plus poboljšana glukoamilaza za saharifikaciju, AMG 300 L proizvedena iz genetski modifikovane Aspergillus vrste. Glukoamilaze iz plesni su obično najaktivnije pri kiselim pH vrednostima, ali različite glukoamilaze imaju i različit pH optimum. Mnoge glukoamilaze funkcionišu na termofilnim temperaturama, obično 50 do 60°C (Norouzian et al., 2006). Šira primena ovog enzima u prehrambenoj industriji onemogućena je visokom cenom enzima. U cilju ostvarivanja bolje ekonomičnosti i višestrukog korišćenja enzima moguće je primeniti imobilizaciju enzima. Imobilizacija se izvodi 297

adsorpcijom ili kovalentnim vezivanjem za čvrsti nosač, zarobljavanjem u polimernim supstancama ili inkapsulacijom. Imobilizacija takođe povećava čistoću finalnog proizvoda i smanjuje potrošnju samog enzima. Najčešće je ispitivana i korišćena imobilizacija na aktivnom uglju, jonoizmenjivačkim smolama, zarobljavanje enzima u gelove i kovalentno vezivanje za nosač. Kao nosači za kovalentno vezivanje uglavnom se koriste silikagel i DEAE celuloza. Za ove nosače moguće je imobilisati amilazu i glukoamilazu, pojedinačno ili zajedno. Istraživanja su pokazala da se može postići zadovoljavajuća stabilnost imobilisanih enzima i da prelazak sa rastvorne forme enzima na imobilisanu može značajno smanjiti ukupne troškove proizvodnje. Mogućnosti unapređenja enzimske hidrolize skrobnih supstrata. Jedan od osnovnih problema u proizvodnji etanola iz skrobnih materijala je termalna destrukcija kristalinične strukture skroba na temperaturama od 150°C i pritisku oko 5 bar. Nakon uvođenja termostabilnih enzima koji zadržavaju svoju aktivnost na temperaturama do 100°C, potreba za korišćenjem visokih temperatura nije više bila neophodna jer se razgradnja skroba mogla izvesti i na temperaturama 90 – 100°C. Tako je nastao “hladni“ dvostepeni enzimski postupak, koji je zamenio raniji termički postupak, poznat pod nazivom “topli postupak“. Prednosti uvođenja “hladnog“ dvostepenog enzimskog postupka u odnosu na prethodno korišćeni “topli“ se najbolje mogu sagledati poređenjem potrošnje energije u procesu razgradnje skroba iz kukuruza. U “toplom” postupku je potrošnja energije iznosila 2449 MJ/t (6 – 8 MJ/l etanola), dok je u “hladnom” iznosila 566 MJ/t (1 – 3 MJ/l etanola) (Baras et al., 2002). Dalje usavršavanje postupka razgradnje skroba uključuje uvođenje postupka kontinualne degradacije. Osnovne prednosti ovakvog postupka su manja potrošnja energije i niži sadržaj neglukozidnih nečistoća. Fermentacija.Fermentacija šećera je faza koja sledi nakon pripreme supstrata i u klasičnim postupcima se izvodi najčešće pomoću kvasaca Saccharo­ myces cerevisiae na temperaturi od oko 30°C. Pored Saccharomyces cerevisiae u industrijskoj praksi se koriste i kvasci Saccharomyces uvarum (carlsbergensis), Schizosaccharomyces pombe i Klyveromyces vrste. Pored kvasaca i neke bakte­ rije kao napr. Zymomonas mobilis, Clostridium sporogenes i Thermoanaeroba­ cter ethanolicus mogu proizvoditi etanol, ali se one manje industrijski koriste, osim u posebnim slučajevima (Wyman, 1996). Proces fermentacije se odvija u specijalno konstruisanim sudovima – fermentorima, uglavnom pod anaerobnim uslovima, naime bez prisustva kiseonika, iako je poznato da su kvasci fakultativni anaerobi (mogu fermentisati šećere i pod aerobnim i anaerobnim uslovima). Pod anaerobnim uslovima kvasci fermentišu šećere stvarajući etanol i ugljendioksid uz oslobađanje određene količine energije koju je potrebno odvoditi iz sistema, prema Gej-Lisakovoj jednačini:

298

C6H12O6 → 2C2H5OH+2CO2 +117 kJ Prema navedenoj jednačini može se videti da se po jedinici (kilogramu) fermentisane glukoze može ostvariti teorijski prinos od 0,51 kg etanola. Međutim, stvarni prinos koji se može ostvariti u toku fermentacije supstrata zavisi od vrste šećera koji se fermentiše, vrste mikroorganizama i primenjenih procesnih uslova (pH, temperatura, mešanje, koncentracija šećera u hranjivoj podlozi, koncentracija drugih izvora supstrata neophodnih za metabolizam pro­izvodnog mikroorganizma, efikasna eliminacija kontaminacije, prisustvo inhibitora u hranjivoj podlozi itd.). U dobro koncipiranim postupcima stvarni prinos se kreće oko 90 – 95% od teorijskog. Kao što se iz jednačine vidi, prilikom fermentacije 1 mola glukoze oslobodi se 117 kJ u okolni prostor. U cilju održavanja konstantne i optimalne temperature za gajenje kvasaca ovu oslobođenu toplotu je potrebno odvoditi iz sistema, što se postiže hlađenjem sudova, odnosno fermentora u kojima se izvodi alkoholno vrenje. Efikasnost iskorišćavanja supstrata, pa samim tim i ekonomičnost procesa fermentacije u mnogome zavisi od fizioloških karakteristika mikroorganizama koji se koriste u fermentaciji. S tim u vezi već dugo i intenzivno se vrše istraživanja razvoja i selekcije mikroorganizama koji podnose visoke koncentracije i šećera i etanola. Kombinacijom odabranih mikroorganizama i optimizacijom procesnih uslova postignuti su značajni pomaci u razvoju tehnologije proizvodnje bioetanola, posebno ako se uzme u obzir da se u konvencionalnom šaržnom postupku ostvarivala prosečna koncentracija etanola od oko 7%vol (Rehm et al., 1993). U tehnologiji etanola već tradicionalno se koristi proizvodni mikroorganizam Saccharomyces cerevisiae. Ovaj kvasac važi kao najviše eksploatisani mikroorganizam u industriji i još uvek je primaran za proizvodnju etanola i alkoholnih pića. Do sada je poznato da ovaj kvasac može da proizvodi 10 – 12% etanola. Međutim, postoje tvrdnje i indicije da ćelije kvasca mogu proizvesti i do 23% etanola. Postavlja se pitanje da li je u proizvodnim uslovima moguće ostvariti ovako visoke koncentracije etanola u fermentisanoj podlozi, kao i koji su preduslovi potrebni za postizanje maksimalne koncentracije etanola prilikom fermentacije kvascima? Da bi se postigle više koncentracije etanola u podlozi koja fermentiše potrebno je ukloniti faktore koji stresno utiču na ćelije kvasca. Prvi stresni faktor je sadržaj glukoze. Ako su koncentracije glukoze visoke, inhibira se metabolizam kvasca i nema nastajanja etanola. Preporučuje se da se glukoza dodaje postepeno kako bi se moglo dostići prinos etanola od 23%. Drugi stresni faktor je etanol. Ćelije kvasca mogu da opstanu i prežive u podlozi koja sadrži i do 30% etanola. U pogonima se izvode fermentacije uz postepeno dodavanje glukoze, tako da sadržaj etanola dostiže vrednosti 16 – 18%. Pod uslovom da se uklone navedeni faktori stresa, sadržaj etanola u fermentisanim podlogama može dostići 23%. Da bi kvasac mogao da raste u 299

podlogama se mora smanjiti sadržaj mlečne i sirćetne kiseline. Mnoge fabrike etanola rade pod uslovima da podloge sadrže 0,2 – 0,3% mlečne kiseline. Ove koncentracije, ma koliko se činile niskim, smanjuju aktivnost ćelija kvasca. Preporučuje se da se mora učiniti napor da se eliminiše mlečna kiselina iz podloge tokom fermentacije, kako bi kvasac mogao dati maksimum od sebe. Uticaj temperature tokom fermentacije se, takođe, ne sme zanemariti. Tokom fermentacije potrebno je temperaturu držati što je moguće niže, odnosno mora se obezbediti maksimalno dobar sistem hlađenja fermentora. Sa povišenjem temperature za svaki 10°C povećava se efekat smrtnosti ćelija kvasca od mlečne kiseline za 10 puta. Isto tako povećava se smrtnost ćelija kvasca od etanola za 10 puta.U podlozi od žitarica može se naći fitinska kiselina “antinutritivni faktor” zbog toga što vezuje vitamine, aminokiseline i minerale; tako da oni nisu na raspolaganju ćelijama kvasca. Ako se u hranljivu podlogu doda fitaza razgradiće se fitin na sastavne komponente. Ovaj enzim je potrebno do­ dati podlozi na temperaturi 50°C zajedno sa enzimima za ošećerenje. Stresni faktori su sinergistični i kombinovano mogu drastično da smanje rast kvasca i prinos etanola. Ocenjuje se da je 25% žitarica u svetu kontaminirano mikotoksinima. Mikotoksini inhibiraju rast kvasca što ima za posledicu smanjenje produkcije etanola. Da bi se vezali mikotoksini mogu se upotrebljavati esterifikovani glukomanani. Na taj način može se eliminisati njihov negativni uticaj na rast kvasca (Pejin et al., 2007). Kvasac Saccharomyces cerevisiae koristi jednostavne (monomerne) heksozne šećere. Kako je veoma malo jednostavnih šećera u početnoj sirovini, veoma je važno sirovinu efikasno hidrolizovati, čime se povećava njihov sadržaj i stvara mogućnost uspešnije fermentacije. Takođe, objašnjenje upotrebe kvasca ne vredi mnogo, ako se ne napomene upotreba nekih bakterija koji mogu da fermentišu kompleksne šećere direktno, čime je izbegnuta potreba hidrolize sirovine. Ovaj proces je poznat pod imenom simultana saharifikacija i fermentacija (SSF) (Zaldivar isar., 2001). Međutim, bakterije, kao i kvasci, nisu tolerantni na visoke početne koncentracije šećera i visoke koncentracije sintetisanog etanola. Upravo zbog toga je korisno izvoditi ova dva procesa odvojeno, omogućavajući veću kontrolu nad količinom šećera i etanola u fermentoru. Postoje četiri načina izvođenja fermentacije u proizvodnji etanola: diskontinualno (šaržno), dolivno (feed-bach), semikontinualno i kontinualno. U sva če­ tiri metoda može se primenjivati recirkulacija ćelija, pod uslovom da je hranljiva podloga bistra, bez suspendovanih čestica iz sirovina. Sa tehnološkog stanovišta kontinualni postupak je najinteresantniji zbog toga što se proizvodni mikroorganizam nalazi u eksponencijalnoj fazi rasta, tako da sve vreme produktivnost etanola raste. Napojna smeša, koja sadrži supstrat i druge neophodne nutritijente se pumpom transportuje u sud opremljen mešalicom, gde su već prisutni aktivni mikroorganizmi. Tokom procesa, šećer se troši na račun sintetisanja etanola i proizvodnje novih ćelija kvasca. Proizvod 300

koji se iz sistema izvodi sa vrha fermentora, pored etanola, sadrži male količine neproreagovanog šećera i zaostale ćelije. Vazduh, neophodan za održavanje ćelija, se produvava kroz fermentor. Sastav fermentacione tečnosti u fermentoru je prostorno uniforman i identičan sa satavom fermentacione tečnosti, koja napušta fermentor. U fermentoru se kontinualno stvaraju nove ćelije, ali i kontinualno iste spiraju. Kada fermentor radi stacionarno, brzine stvaranja i spiranja mikrobnih ćelija su jednake. Tipična gustina ćelija u kontinualnom fer­ mentoru je 10-12 g/L, a ukupna produktivnost jednostavnog CSTR (Continuous Stired Tank Reactor) sa visoko produktivnim sojevima kvasca je 6 g/(L · h) etanola, što jetri puta više od prosečne šaržne produktivnosti, pri istim uslovima (Pejin et al., 2007). Dobijanje anhidrovanog etanola Production of anhydrous ethanol Postupak dobijanja anhidrovanog etanola sastoji se iz dve faze: koncentrisanje i obezvodnjavanje i one predstavljaju ekonomski najnepovoljnije faze u proizvodnji bioetanola. Osnovni proces kojim se etanol izdvaja iz fermentisane podloge nakon fermentacije je destilacija i rektifikacija.Klasičnim postupcima destilacije i rektifikacije obično se postiže koncentracija etanola od oko 96 %vol., što je obično neprihvatljiv kvalitet za njegovo korišćenje kao gorivo. Za dobijanje bioetanola koji se sam ili u smeši sa benzinom koristi kao motorno gorivo potrebno je izdvojiti vodu i određen sadržaj nečistoća. U Američkoj i Evropskoj literaturi opisane su dve kategorije motornog goriva na bazi bioetanola: anhidrovani i neanhidrovani. Neanhidrovani etanol može sadržati 85 – 95 %vol. etanola i namenjen je za pogon motora koji koriste samo bioetanol (ne smeše sa benzinom). Ova kategorija se koristi u Brazilu. Za razliku od neanhidrovanog, anhidrovani etanol koji je namenjen za smeše sa benzinom sadrži minimalno 99,5% etanola. Prema današnjim standardima, preovladava mišljenje da se za gorivo može koristiti samo anhidrovani etanol sa najmanje 99% etanola. Zbog toga je značajno da fermentisana podloga koja napusta fermentor ima što je moguće veću koncentraciju etanola (Pejin et al., 2007). Koncentrisanje.Destilacija i rektifikacija su separacione operacije, koje se koriste za razdvajanje komponenti bliskih tački ključanja. Rektifikacija se razlikuje od obične (jednostupne) destilacije po sledećim karakteristikama: • predstavlja višestupnu destilacionu operaciju, pa se često naziva i frakciona destilacija • tečna faza se sliva niz kolonu, a parna ide naviše, pri čemu se između faza razmenjuje i masa i toplota • razmenjuje se latentna tolota isparavanja, jer su obe faze zasićene, što omogućava da lakše isparljiva komponenta pređe iz tečne u parnu fazu, a teže isparljiva komponenta iz parne u tečnu fazu. 301

Svrha ove faze u proizvodnji bioetanola je dobijanje rafinisanog etanola, od 95 – 96 %vol. Veću koncentraciju etanola je nemoguće ostvariti standardnom destilacijom i rektifikacijom zbog činjenice da etanol i voda formiraju azeotropnu smešu. Fermentaciona tečnost po izlasku iz fermentora, sem etanola, sadrži veliku količinu CO2, vode, neproreagovanog skroba i kvasca. Da bi se postigla željena koncentracija etanola od oko 96 %vol. koriste se dve destilacione kolone: “stripping” i rektifikaciona kolona. Obezvodnjavanje. Poslednja faza u proizvodnji bioetanola je obezvodnjavanje ili dehidratacija. Uopšte uzev, postoje dva osnovna tipa tehnoloških postupaka za dobijanje anhidrovanog bioetanola: 1. Destilacione metode Azeotropna destilacija i rektifikacija 2. Nedestilacione metode • Apsorpcija • Adsorpcija • Pervaporacija Azeotropna destilacija i rektifikacija. Azeotrop je tečna smeša dve ili više komponenti, koje imaju jedinstvenu tačku ključanja. Kao posledica toga, parna faza ove smeše ima isti sastav kao tečna faza, pa jednostavna tehnika destilacije ne može pomoći u razdvajanju komponenti smeše. Za razdvajanje i koncen­ trisanje azeotropnih tečnosti koristi se metoda azeotropne destilacije. Rafinisani etanol, koji sadrži 95 – 96 %vol. etanola, meša se sa trećom komponentom, tzv. “entrainerom” (benzen, heptan ili cikloheksan) i tako stvara azeotropsku smešu kojom se napaja kolona. Tako, na primer, smeša 7,5 % vode, 18,5 % eta­ nola i 74 % benzena, normalnih tački ključanja 100°C, 78,3°C i 80°C, respektivno, formira ternarni azeotrop, normalne tačke ključanja 64,9°C. Takođe, benzen i etanol formiraju binarni azeotrop sa tačkom ključanja 68,2°C. Stoga, kada se smeša 95 % etanola i benzena destiliše, prvi destiliše ternarni azeotrop koji napušta kolonu na vrhu, kondenzuje se i zatim u dekanteru razdvaja na organsku fazu i vodu, prati ga binarni azeotrop, dok je finalna frakcija (tačke ključanja 78,3°C) apsolutni etanol i sakuplja se na dnu kolone (Tasić, 2011). Postrojenje za dobijanje anhidrovanog etanola je često u savremenim pogonima sastavni deo sisteme za destilaciju i rektifikaciju. U tom slučaju nije potrebno ugrađivati posebnu kolonu za koncentrisanje etanola, jer tu funkciju može da vrši rektifikaciona kolona. U novije vreme azeotopna destilacija se sve više zamenjuje drugim metodama dehidratacije koje su energetski i zdravstveno povoljnije, jer se benzen pokazao kao jako kancerogeno sredstvo. Apsorpcija. Zasniva se na korišćenju dehidratacionih sredstava za izdvajanje vode iz rafinisanog etanola. Industrijski se naročito ističe Mariller-Granger proces, koji koristi glicerin za obezvodnjavanje rektifikovanih para etanola. Suština ovog procesa je u prolazu para etanola kroz čist glicerin, pri čemu se 302

izdvaja etanol čistoće 99,2 %vol. Efikasnost procesa se može povećati na izdvajanje 99,8 %vol. etanola dodatkom K2CO3 u rastvor glicerina. Međutim, dobijanje 99,8 – 100 %vol. etanola korišćenjem glicerina kome su dodate soli je neophodno izvoditi pod vakumom, jer se time izbegava degradacija apsorbenta, čime se izvođenje procesa znatno otežava. Adsorpcija. Metoda slična apsorpciji koja za izdvajanje vode koristi molekulska sita (sintetički i prirodni zeoliti, K-aluminosilikati, kao i određeni prirodni polimeri, skrob i celuloza) čije su pore permeabilne za vodu, ali ne i za etanol. Molekulska sita sa prečnikom pora od 3 Å uspešno vrše obezvodnjavanje etanola, jer u pore molekulskih sita mogu difundovati jedino molekuli vode čiji je prečnik 2,8 Å, dok molekuli etanola čiji je prečnik 4,4 Å ne mogu da uđu u pore i zato se ne zadržavaju na sitima. Tipično postrojenje za obezvodnjavanje pomoću molekulskih sita u suštini predstavljaju sistem od jednog ili dva adsorbera. Pritisak u adsorberima je visok kada treba povećati kapacitet zadržavanja vode na adsorbensu, a nizak kada je potrebno udaljiti vodu iz adsorbensa. Pored molekulskih sita i drugi čvrsti adsorbenti se mogu primenjivati za adsorpciju vode iz 96%-nog etanola. Zbog malog toplotnog efekta adsorpcije, kao pogodni i efikasni sorbenti su se pokazali celuloza i skrob zbog njihove male toplote adsorpcije. Takođe, kao dehidrataciono sredstvo moguće je koristiti mleveno kukurzno brašno. Pokazalo se da se ono može 20 puta reciklirati pre nego što se upotrebi za stočnu hranu (Tasić, 2011). Pervaporacija. Po definiciji pervaporacija je membranski proces za razdvajanje tečnih smeša putem parcijalnog isparavanja komponenti preko semipermealne membrane. Semipermealne membrane su najčešće izrađene na bazi polimera poliviniletanola i zeolita, koji se nanosi na porozni neorganski nosač. Permeat (izdvojena voda) se kondenzacijom prevodi u tečno stanje i tako iz­ vo­di iz sistema. Pogonska sila permeacije je razlika u parcijalnim pritiscima per­ meata kroz membranu. Ovo se postiže izvođem procesa pod vakumom, jer se na taj način snižava ukupni pritisak sa unutrašnje strane membrane. Mogućnost pervaporacije zavisi od toga koliko je komponenta koja se transportuje (voda) kroz membranu polarna, a ne od razlike u isparljivosti komponenata u smeši. Što je molekul manji i veće polarnosti, time je veći permeacioni fluks datog molekula. Mehanizam pervaporacije odnosno mehanizam transporta vode kroz membranu, takođe zavisi i od vrste semipermebilne membrane. Kada se pervaporacija izvodi pomoću gustih polimernih memrana, mogućnost pervaporacije zavisi od toga da li komponenta koja se transportuje (voda) kroz membranu može u njoj da se rastvori i dalje difunduje. A kada se koriste zeolitske membrane (slučaj kada se komponenta ne rastvara u membrani), efikasnost pervaporacije zavisi od adsorpcionog kapaciteta, tj. afiniteta membrane prema komponenti koja se uklanja (Tasić, 2011).

303

Prednosti i nedostaci primene bioetanola Advantages and disadvantages of bioethanol utilization Pogodnost etanola počiva na toplotnoj moći obzirom da je relativno bogat energijom (26,8 MJ/kg), relativno većem oktanskom broju u odnosu na benzin (120), većoj toploti isparavanja i manjoj toploti sagorevanja. Specifična toplota etanola i napon pare nalaze se u oblasti pogodnoj za motorna goriva. Najvažnija prednost korišćenja goriva na bazi mešavina sa etanolom u moto­ rima sa unutrašnjim sagorevanjem je u manjoj emisiji izduvnih gasova. Kancerogene supstance se ne nalaze u čistom etanolu, ali ih ima u mešavini etanola i benzina, i one upravo potiču od benzina, ali u znatno manjoj meri. Najveći zna­ čaj primene etanola sa aspekta emisije štetnih gasova je smanjenje emisije ugljenmonoksida. Primena E10 ukazuje na smanjenje emisije CO za 25%, što se objašnjava potpunijim sagorevanjem zbog prisustva kiseonika u gorivu. Emisija NOx se ne menja značajno dodavanjem bioetanola u odnosu na emisiju prilikom primene čistog motornog benzina (Stojiljković et al., 2007). Nivo emisije CO2 u procesu sagorevanja bioetanola mora se sagledavati kompleksno, tj. kroz celokupni životni ciklus goriva. U tom pogledu generalno se smatra da je bioeta­ nol u velikoj prednosti u odnosu na fosilna goriva, s obzirom da potiče iz bioma­ se. Pošto biljke, od kojih se proizvodi bioetanol, u procesu fotosinteze koriste CO2, ukupan bilans CO2 je u procesu sagorevanja bioetanola jednak nuli, tj. biljke potroše jednaku količinu CO2 sa onom koja nastane procesom sagorevanja etanola. Glavni problem upotrebe bioetanola kao goriva nastaje usled emisije aldehida (posebno acetaldehida), jer njegove količine u vazduhu nisu još regulisane zakonom. Aldehidi se direktno ispuštaju u atmosferu usled sagorevanja etanola i pojedinih ugljovodonika. Aldehidi su fotohemijski reaktivni. Zbog visokog sadržaja vezanog kiseonika emisija aldehida je u slučaju sagorevanja alkohola 2 – 4 puta veća nego kod benzina. Ipak, ona se lako može neutralisati u katalitičkom konvertoru koji je obavezan sistem na savremenim vozilima opre­ mljenim Otto motorima (Stojiljković et al., 2007). Osim toga, transport bioetanola (E5 – E22) kroz postojeće transportne pumpe i cevovode namenjene tečnom fosilnom gorivu, koje je u trenutnoj upotrebi, bilo bi otežano zbog osobine bioetanola da apsorbuje vodu i njegove visoke sposobnosti da rastvara određene primese, tako da bi njegova upotreba zahtevala modifikaciju postojećih pumpi za gorivo. No i pored navedenih ograničenja upotreba bioetanola kao goriva je u stalnoj ekspanziji, za razliku od njegovog korišćenje u industriji alko­ holnih pica i industriji upšte, gde godinama unazad ne beleži značajniji porast, kako se to može videti iz podataka prikazanih na slici 5.21.

304

Slika 5.21 Svetska proizvodnja i upotreba etanola u milionima tona Figure 5.21 Global production and utilization of ethanol in million tonnes

Uslovi za proizvodnju bioetanola u zemljama WB Bioethanol production in theWB countries Značajniji razvoj proizvodnje etanola Republici Srbiji nastao je tek nakon 1960. godine, kada je počela izgradnja većih industrijskih kapaciteta sa savremenom opremom i tehnologijom. U Jugoslaviji je 1996. godine postojalo 11 po­ strojenja čiji je zbirni godišnji kapacitet bio oko 40 miliona hl pri 260 dana rada, odnosno oko 48 miliona hl pri radu od 320 dana godišnje. U današnjoj Srbiji se proizvodnja etanola odvija u 10 industrijskih pogona koji su prikazani u Tabeli 5.5, gde su prikazanii njihovi kapaciteti kao i sirovine koje koriste za proizvodnju etanola. Najveći pogoni su u Beogradu, Crvenki i Kovinu i predstavljaju oko 85% proizvodnog kapaciteta Srbije. Navedeni pogoni obavljaju proizvodnju etanola sa maksimalnim sadržajem etanola od 96%vol. koji je namenjen uglavnom za alkoholna pića, a manje za medicinske ili farmaceutske svrhe. Nijedan od navedenih industrijskih pogona ne raspolaže opremom za obezvodnjavanje odnosno dehidrataciju etanola, odnosno ne postoji organizovana proizvodnja bioetanola kao goriva u Srbiji (Pejin i Mojović, 2007). Proizvodnja etanola je u Srbiji danas niža nego 1991. godine. Razlozi za to su mnogobrojni, počevši od ukupnog stanja privrede, negativnih zbivanja na planu sveukupne proizvodnje, neadekvatnih zakonskih propisa, tranzicionih kretanja, svrstavanja etanola pod zakonsku regulativu propisanu za vino i etanolna pića, što je praktično sužavalo mogućnost njegovog korišćenja za druge svrhe za koje se on u svetu koristi (hemijska industrija, gorivo). Minimalne količine bioetanola potrebne za supstituciju motornog benzina koje su propisane Evropskom direktivom o biogorivima 2003/30/EC izračunate 305

su na osnovu podatataka o potrošnji i projektovanim potrebama za motornim benzinom u Srbiji, a rezultati su prikazani u Tabeli 5.6. Iz Tabele 5.6 se može videti da je, pod pretpostavkom da je Srbija poštovala Evropsku direktivu o biogorivima 2003/30/EC i da je uvela minimalnu supstituciju od 2% motornog benzina etanolom već u 2005. godini trebalo je da se proizvede 21 900 t etanola za gorivo. Tako bi ukupne potrebe Srbije za etanolom u toj godini za gorivo (A) i za potrebe industrije i alkoholna pića (B) iznosile 73 900 tona što je 3,3 puta više od aktuelne proizvedene količine u toj godini koja je iznosila 22 000 tona, a 2,3 puta više od maksimalnog postojećeg kapaciteta pri radu od 320 dana. U 2010. g. potrebe za etanolom u Srbiji su značajnije jer je samo za minimalnu propisanu supstituciju motornog benzina etanolom od 5,75% potrebno proizvesti 78 200 tona etanola. U tom slučaju bi čak i pri nepromenjenim potrebama za etanolom za industrijske i farmaceutske svrhe i za alkoholna pića u odnosu na postojeće, ukupne potrebe za etanolom iznosile minimalno 130 200 tona što je blizu 6 puta više od trenutne proizvodnje, ili pak 4 puta više od maksimalnog postojećeg kapaciteta u Srbiji pri radu od 320 dana (Pejin i Mojović, 2007). Dalja predviđanja potreba za etanolom u 2020. godini su neprecizna, jer nema precizne procene o potrošnji motornog benzina, ali je jasno da će one i dalje imati rastući trend. Iz svega ovoga je jasno da su Srbiji neophodni novi kapaciteti za proizvodnju etanola. S obzirom na razvijenu poljoprivrednu proizvodnju i činjenicu da proizvedene količine žitarica potpuno zadovoljavaju i prevazilaze domaće potrebe za ljudskom i stočnom ishranom, potrebno je razmotriti i mogućnosti proizvodnje bioetanola od žitarica. Za proizvodnju 100 000 tona bioetanola, potrebno je oko 330 000 tona žitarica, što predstavlja oko jedne trećine tržišnih viškova žitarica ili svega oko 2-4 % ukupne proizvodnje žitarica. U ostale alternativne sirovine pogodne za proizvodnju bioetanola, za koje postoji potencijal u našoj zemlji mogu se svrstati sirak, jerusalimska artičoka (topinambur) i krompir. Prema procenama, u Republici Srbiji postoji oko 100 000 hektara marginalne zemlje koja se može iskoristiti za gajenje sirka i jerusalimske artičoke, čime bi se moglo proizvesti oko tri miliona tona etanola godišnje. Prema raspoloživim podacima u Republici Hrvatskoj trenutno nema proizvođača bioetanola, ali se radi na stvaranju i realizaciji projekata uvođenja industrijske proizvodnje bioetanola. Kompanija Etanol Osijek d.o.o. je osnovana sa ciljem otvaranja fabrike za proizvodnju bioetanola u Osijeku. Što se tiče Republike Makedonije, otvorena je mogućnost investicije od strane Britanske kompanije za proizvodnju ekogoriva Organic fuel LTD u postrojenja za proizvodnju biodizela i bioetanola u Tetovu.

306

Tabela 5.5 Instalisani kapaciteti za proizvodnju etanola u Srbiji (103 hl) Table 5.5 Installed capacity for ethanol production in Serbia (103 hl) (Pejin i Mojović, 2007) Godišnji kapacitet (broj radnih dana) 260 320 7 800 9 600 7 800 9 600 3 900 4 800 560 640 7 800 9 600 1 040 1 280 1 300 1 600 312 384 1 040 1 280 1 040 1 280 32 812 40 384

Dnevni kapacitet

Postrojenje

Sirovina

Panalko – Beograd Crvenka – novi pogon Crvenka stari pogon Kadakas – Crvenka Kovin Osečina Užice Lukas – Bajmok Srbobran Takovo UKUPNO

Melasa Melasa Melasa+žitarice Žitarice+melasa Melasa Žitarice Žitarice+ voće Žitarice+melasa Žitarice+melasa Žitarice+krompir

30 30 15 2 30 4 5 1,2 4 4 125,2

Tabela 5.6 Potrebe za etanolom u Srbiji (tona apsolutnog alkohola) Table 5.6 Demand for ethanol in Serbia (tonnes of pure alcohol) 2005 1 095 000

2010 1 360 000

2020 -

% supstitucije po EU direktivi o biogorivima 2003/30/EC

2%

5,75%

Predviđa se i do 20%

A) Potrebna količina etanola za gorivo (tona*)

21 900

78 200

> 272 000ª

B) Procena potreba etanola u Srbiji za potrebe industrije i za alkoholna pića (tona*)

52 000

52 000

A+B

73 900

130 200

Ukupna proizvodnja etanola u 2005. godini (tona*)

22 000

-

-

Ukupna instalisan kapacitet u Srbiji 320 dana rada – tabela 2 (tona*)

32 000

-

-

Motorni benzin

*1 tona ~ 1265 hl°; ªPodatak je neprecizan. Budući da ne postoji podatak o predviđenoj potrošnji motornog benzina u Srbiji u 2020. g. izračunato je 20% od predviđene potrošnje u 2010. g.

307

Biogas Biogas Biogas je vrsta gasovitog biogoriva koje se dobija anaerobnom razgradnjom organskih materija, uključujući đubrivo,kanalizacioni mulj, komunalni otpad ili bilo koji drugi biorazgradivi otpad. U vremenu kada rezerve fosilnih goriva opadaju, energetski troškovi rastu, a životnu sredinu ugrožava nepravilno odlaganje smeća, pronalaženje rešenja za problem biološkog otpada i tretman otpadnih organskih materija postaje pitanje od najveće važnosti. Po hemijskom sastavu biogas je smeša gasova, koja se uglavnom sastoji od metana (55 – 75%) i ugljen-dioksida (25 – 45%), dok je udeo ostalih gasovi značajno manji (vodonik sulfid 0-1%, azot 0-2%, vodonik 0-1%, vodena para 0-2%, amonijak 0-2% i kiseonik 0-0,5%). Sastav i prinos biogasa variraju u zavisnosti od sirovina koje se koriste i od tehnoloških uslova procesa (Tomović, 2002). Biogasni digestori koriste biorazgradljive materije od kojih se dobijaju dva korisna proizvoda: biogas i fermentisano biođubrivo visokog kvaliteta. Biogas prečišćen do nivoa čistoće neophodne za gasovod naziva se obnovljivi prirodni gas i moguće ga je koristiti u svakoj primeni u kojoj se inače koristi zemni gas. To uključuje distribuciju takvog gasa putem gasovoda, proizvodnju struje, grejanje, zagrevanje vode i upotrebu u raznim tehnološkim procesima. Komprimovan biogas može da se koristi i kao pogonsko gorivo za automobile. Dobijanje biogasa Biogas production Biogas se proizvodi procesom anaerobne digestije. Anaerobna digestija ili fermentacija je biološki proces u kome se organski ugljenik prevodi oksido-redukcionim procesima u najviši stepen oksidacije (CO2) i najviši stepen redukcije (CH4). Ovaj proces se odigrava u odsustvu kiseonika, a katalizovan je velikim brojem mikroorganizama. Anaerobna digestija je prirodan proces i javlja se u različitim prirodnim sredinama kao što su bare, močvare, deponije itd. Proces anaerobne digestije, osim što dovodi do nastanka biogasa, nudi značajne pred­ nosti u odnosu na ostale oblike tretmana otpada: • Proizvodi manje mulja u odnosu na tehnike koje koriste aerobne procese, • Uspešno se tretiraju i otpadi koji sadrže manje od 40% suve materije, • Efikasniji je u otklanjanju patogena, • Minimalna emisija neprijatnih mirisa jer se 99% isparljivih komponenti oksidativno razlaže pri sagorevanju, npr., H2S formira SO2, • Visok stepen slaganja sa nacionalnim strategijama za smanjenje biorazgradivog otpada, • Mulj koji se dobija koristi se kao đubrivo za poboljšanje plodnosti zemljišta. Proces anaerobne digestije se odvija u zagrejanim, zatvorenim tankovima bez prisustva vazduha kako bi se stvorili uslovi za fermentaciju organskog ma308

terijala i dobijanje biogasa. U digestoru se moraju obezbediti odgovarajući uslovi za nesmetano odvijanje procesa. Postoje dva tipa anaerobne digestije (Singh i Prerna, 2009): Mezofilna digestija. Digestor se zagreva na 30-35°C i smeša ostaje u digestoru obično 15-30 dana. Mezofilna digestija je tolerantnija u odnosu na termo­ filnu, ali produkcija gasa manja, potrebni su veći tankovi i ukoliko je potrebno vršiti dezinfekciju ona se mora obaviti kao posebna faza u procesu (Slika 5.22).

Slika 5.22 Šematski prikaz mezofilnog procesa sa dva reaktora, razmenjivačima toplote (RT) i termofilnom post-dezinfekcijom Figure 5.22 Scheme of the process with two mesophilic reactors, heat exchangers (RT) and thermophilic post-disinfection

Termofilna digestija. Digestor se zagreva na 55 °C i proces obično traje 12-14 dana. U ovom procesu je produkcija metana veća, uništavanje patogena i viru­sa efikasnije, ali zahteva skuplju tehnologiju, veću potrošnju energije i veći stepen monitoringa. Tokom ovog procesa 30 – 60% digestibilnih čvrstih materija se prevodi u biogas (Slika 5.23).

Slika 5.23 Šematski prikaz termofilnog procesa sa i razmenjivačima toplote (RT) Figure 5.23 Scheme ofthermophilic process with heat exchangers (RT)

309

Sirovine. Kao sirovine za proizvodnju biogasa mogu se koristiti poljoprivredni otpad, različite vrste industrijskih otpadnih materija, stajski otpad, kulti­ visana biomasa nastala prečišćavanjem otpadnih voda, kanalizaciona voda itd. Sastav i prinos biogasa varira u zavisnosti od upotrebljenih sirovina. Tako naprimer, sadržaj metana u biogasu dobijenom iz kokošjeg đubriva i otpadnih voda sa farmi i kanalizacionih otpadnih voda dostiže 70 % i više, dok iz slame i drugog biljnog materijala iznosi oko 55 %. Kombinovanjem različitih vrsta otpada, naprimer stajnjaka i organskog industrijskog otpada, može se povećati prinos biogasa. Pored toga, mešanje otpada može stabilizovati proces anaerob­ ne digestije čvrstih sirovina zbog povećanja sadržaja lakše razgradivih materija. Poljoprivredni otpad (slama, seno, kukuruz, trska itd.) potrebno je da bude u fazi raspadanja kako bi se olakšao protok kroz digestor i povećala efikasnost bakterijskog delovanja. Korišćenjem svežih biljnih sirovina dobija se veća količi­ na gasa u odnosu na upotrebu suvih materijala. Skladištenje otpadnog materi­ jala u zatvorenom prostoru preko 10 dana inicira anaerobno dejstvo bakterija što smanjuje vreme potrebno da bi digestor postigao radne uslove (Angelidaki et al., 2003). Faze u procesu anaerobne digestije. Proces anaerobne digestije se odvija u tri faze: hidroliza, kiselinska faza i metanska faza (http:/www.gtz.de), koje su šematski prikazane na Slici 5.24:

Slika 5.24 Tri faze anaerobne digestije biomase Figure 5.24 Three phases of anaerobic digestion of biomass (http:/www.gtz.de)

1. Hidroliza. U prvoj fazi se organske materije razlažu pod dejstvom ekstra­ celularnih enzima. Bakterije raskidaju duge lance složenih ugljenih hidra­ ta, proteina i lipida na manje molekule. Na primer polisaharidi se prevode u monosaharide, a proteini u peptide i aminokiseline. 2. Kiselinska faza. Kiselinske bakterije, koje su uključene u drugu fazu, prevode intermedijere iz prve faze u sirćetnu kiselinu, vodonik i ugljen-diok­ sid. Ove bakterije su fakultativni anaerobi i mogu rasti pod uslovima niske 310

pH vrednosti. Za proizvodnju kiseline neophodan je kiseonik i ugljenik tako da ove bakterije troše rastvoreni ili vezani kiseonik i na taj način stvaraju anaerobne uslove neophodne za odvijanje treće faze. Takođe, one dovode i do stvaranja alkohola, organskih kiselina, aminokiselina, ugljen-dioksida, vodonik-sulfida i tragova metana. Sa hemijske tačke gle­ dišta ovaj proces je moguć samo uz dovođenje energije pošto bakterije nisu sposobne da podrže takav tip reakcije. 3. Metanska faza. U ovu fazu su uključene metanogene bakterije koje dalje razlažu jedinjenja male molekulske mase. Na primer: one koriste vodonik, ugljen-dioksid i sirćetnu kiselinu kako bi produkovale metan i ugljen-diok­ sid. Metanogene bakterije su obligatni anaerobi i veoma su osetljive na promene u okolini. Za razliku od acidogenih i acetogenih bakterija, metanogene bakterije pripadaju rodu Archaebacter, grupi bakterija sa veoma heterogenom morfologijom i određenim biohemijskim i biološkim svojstvima po kojima se razlikuju od ostalih bakterijskih rodova. Metanogene i acidogene bakterije deluju u simbiozi. Sa jedne strane acido­ gene bakterije stvaraju uslove koji su neophodni metanogenim bakterijama (anaerobni uslovi, jedinjenja male molekulske mase), dok sa druge strane, me­ tanogene bakterije koriste intermedijere nastale dejstvom acidogenih i sprečavaju, na taj način, nastajanje uslova koji su toksični za acidogene bakterije. Faktori koji utiču na poces proizvodnje biogasa Factors influencing the process of biogas production Temperatura. Temperatura je jedan od glavnih faktora okoline koji utiču na bakterijski rast. Brzina rasta se često povećava sa povećanjem temperature do određene granice nakon čega dolazi do naglog opadanja rasta bakterija. Osim uticaja na brzinu rasta bakterija temperatura utiče i na fizičke parametre kao što su gustina, viskoznost i površinski napon fermentacione tečnosti (Angelidaki et al., 2003). Povećanje temperature pruža određene prednosti, kao što su povećana rastvorljivost organskih jedinjenja, povećanje brzine bioloških i hemijskih reakcija i povećano odumiranje patogenih mikroorganizama. Međutim, primena viših temperatura (termofilni uslovi) ima i negativne efekte jer dovodi do povećanja sadržaja slobodnog amonijaka koji inhibira rast mikroorganizama (Appels et al., 2008). Kao posledica egzotermne razgradnje ugljenih hidrata dolazi do samozagrevanja procesa od 35-39 °C do 42-49 °C u zavisnosti od tipa reaktora. Da bi se sprečio porast temperature treba promeniti napojnu smešu, smanjiti brzinu punjenja ili ugraditi rashladni sistem (Lindorfer et al., 2008). Anaerobna digestija se, pored pomenutih termofilnih i mezofilnih temperatura, može odvijati i pri psihrofilnim temperaturama (ispod 20 °C), ali zbog male brzine procesa ovaj opseg temperatura se veoma retko koristi. Ukoliko je temperatura biomase ispod 15 °C proizvodnja biogasa nije ekonomična. 311

Struktura mikrobne populacije u reaktorima sa termofilnim i mezofilnim temperaturnim režimima je veoma različita. Promena sa mezofilnih na termofilne uslove (ili obrnuto) može dovesti do naglog smanjenja u produkciji biogasa dok se ne poveća broj mikrobne populacije. Čak i male promene temperature, od 35 na 30 °C ili od 32 na 30 °C smanjuju brzinu produkcije biogasa. Tokom šaržne fermentacije biljnog otpada i drveta degradacija masnih kiselina je brža na 55 °C nego na 38 °C. Takođe, 95% prinos metana je ostvaren za 11 dana pri termofilnim uslovima, dok je pri mezofilnim uslovima bilo potrebno 27 dana. Međutim, poređenje dvofaznih konfiguracija mezofilni-mezofilni, mezofilni-termofilni i termofilni-termofilni pri tretiranju otpadaka od krompira pokazalo je da je prinos metana veći ako se u drugoj fazi koriste mezofilni uslovi. S duge strane, termofilni uslovi u drugoj fazi obezbeđuju kraće vreme zadržavanja (Ward et al., 2008). Da bi se postigla optimalna stabilnost procesa temperatura se mora pažljivo regulisati u veoma uskom opsegu. U toplim klimatskim područjima digestori mogu raditi bez dodatnog dovođenja toplote. Kao mera opreza česta je praksa da se digestori ukopavaju u zemlju kako bi se iskoristile izolatorske sposobnosti zemljišta ili da se koriste staklenici. Dozvoljene fluktacije temperature koje nemaju uticaj na proces su za mezofilni opseg ±1 °C/h, a za termofilni 0,5 °C/h (http:/www.gtz.de). pH vrednost. Svaka grupa mikroorganizama ima različiti optimum pH vrednosti. Metanogene bakterije su veoma osetljive na pH vrednost sredine i optimum im je između 6,5 i 7,2. Ukoliko pH padne ispod 6,2 sredina će imati toksičan efekat na metanogene bakterije. Fermentativni mikroorganizmi su manje osetljivi i funkcionišu u opsegu pH između 4,0 i 8,5, pri čemu na nižim vrednostima pH uglavnom proizvode sirćetnu i buternu kiselinu, a pri pH 8 pro­ izvode sirćetnu i propionsku kiselinu. Kiseline koje nastaju tokom anaerobne digestije snižavaju pH vrednost. Ovom smanjenju se suprotstavlja aktivnost metanogenih bakterija koje onemogućavaju povećanje pH vrednosti proizvod­ njom ugljen-dioksida, amonijaka i bikarbonata. pH vrednost fermentacione tečnosti se kontroliše puferskim sistemima ugljen-dioksid/bikarbonat i amonijak/amonijum jon (http:/www.gtz.de). U toku procesa digestije pH vrednost sredine se menja, a ova promena zavisi od vrste sirovine. Generalno pH brzo opada na početku zato što se organske materije hidrolizuju i konvertuju u kiseline. Nakon početnog pada pH vrednost počinje postepeno da raste zbog transformacije kiselina. Pri fermentaciji nekih otpada (naprimer čvrst gradski otpad) nakon početnog perioda pH konstantno raste usled smanjenja sadržaja kiselina, dok se pri fermentaciji mešanih otpada pH vrednost sredine smanjuje (Macias-Corral et al., 2008). Nutritivni sastav. Za rast bakterija neophodne su ne samo organske materije već i mineralni nutritijenti. Osim ugljenika, kiseonika i vodonika produkcija 312

biogasa zahteva i odgovarajuće snabdevanje azotom, sumporom, fosforom, kalijumom, kalcijumom, magnezijumom i elementima u tragovima kao što su gvožđe, mangan, molibden, cink, selen, nikl. Supstrati kao što su poljoprivredni ili gradski otpad obično sadrže dovoljne količine pomenutih elemenata. Visoke koncentracije pojedinih supstanci mogu imati inhibitorni efekat tako da se preporučuje izvođenje analize u svakom pojedinačnom slučaju kako bi se utvrdilo da li i u kolikoj meri treba dodati određene nutritijente. Odnos ugljenika i azota takođe je važan za stabilnost procesa. Pokazano je da odnos C/N između 25 i 32 ima pozitivan efekat na prinos metana. Pri niskim vrednostima odnosa C/N prisutan je višak azota koji nije potreban za sintezu metana i dovodi do inhibicije. Sa druge strane previše veliki odnos C/N dovodi do deficita azota za odvijanje procesa digestije. Odnos C/N se može podešavati kombinovanjem sirovina sa niskim sadržajem ugljenika i visokim sadržajem azota ili obrnuto (Ward et al., 2008). Anaerobno tretiranje otpadnih voda sa visokim koncentracijama sumpora može dovesti do inhibicije usled nastajanja vodonik-sulfida. Koncentracije ukup­ nog vodonik-sulfida od 100 do 300 mg/L ili slobodnog vodonik-sulfida od 50 do 150 mg/L može dovesti do potpunog prekida proizvodnje biogasa (http:/ www.gtz.de). Prisustvo teških metala, antibiotika i deterdženata može imati inhibitorni efekat na proces proizvodnje metana. Jedan od najčešćih inhibitora u procesu anaerobne digestije je amonijak. On može poticati od rastvorenog amonijaka ili nastati usled razgradnje proteina i drugih komponenti kao što je urea. Mnogi supstrati često sadrže amonijak u koncentraciji koja je toksična. Nivo amonijaka koji je inhibitoran zavisiće od parametara kao što su pH, temperatura i adaptacija inokuluma. Utvrđeno je da je za inhibiciju odgovoran nejonizovani oblik amonijaka. Tako, čak i malo smanjenje pH ima pozitivan efekat na inhibiciju amonijakom (Angelidaki et al., 2003). Mešanje. U procesu anaerobne digestije mešanje ima za cilj da obezbedi prenos organskih materija do aktivne mikrobne biomase, omogući homogenizaciju fermentacione tečnosti i uniformnost temperature, da oslobodi mehurove gasa iz medijuma i spreči taloženje materija veće gustine. Usled podizanja gasnih mehurova i toplotne konvekcije uvek postoji određeni stepen prirodnog mešanja u digestoru. Međutim ovo mešanje je nedovoljno tako da je neophodno eksterno mešanje. Mešanje može biti neprekidno ili periodično, što je određeno sadržajem čvrstih materija u napojnoj smeši, tipom reaktora i mešača (Appels et al., 2008). Najčešći tipovi mešanja su spoljašnja recirkulacija tečnosti, unutrašnje mehaničko mešanje i unutrašnje pneumatsko mešanje (Slika 5.25). Pri spoljašnjoj recirkulaciji tečnosti velika količina fermentacione tečnosti se povlači iz centra digestora, protiče kroz spoljašnje razmenjivače toplote, a zatim se vraća nazad kroz raspršivače u osnovi ili na vrhu digestora. Brzina 313

strujanja pri recirkulaciji mora biti veoma velika kako bi se obezbedilo potpuno mešanje što ograničava upotrebu ovog tipa mešanja. Drugi nedostatak ova­ kvog mešanja je moguće začepljenje pumpe. Mehanički sistemi za mešanje koriste mešalice sa ravnim lopaticama koje mogu biti postavljene na vrhu ili na stranama digestora. Unutrašnje mešanje pomoću gasa (pneumatsko mešanje) je uspešan metod za mešanje sadržaja digestora i onemogućavanje stvaranja pene. Sistemi za mešanje mogu biti zatvoreni i otvoreni. Sadržaj digestora se meša prolaskom mehurova oslobođenog gasa kroz tečnost. Ovaj tip mešanja je jako efikasan za suzbijanje taloženja čvrste faze. Protok gasa za ovakve sisteme je 0,0045–0,007 m3/m3min (Appels et al., 2008).

Slika 5.25 Tipovi mešanja u digestoru (a) spoljašnje, recirkulacija pumpanjem, (b) unutrašnje, mehaničko mešanje, (c) unutrašnje, recirkulacija gasa Figure 5.25 Types of mixing in the digester (a) external, recirculation with pumping, (b) internal, mechanical mixing, (c) internal, gas recirculation (Appels et al., 2008)

Vreme trajanja procesa. Vreme trajanja procesa anaerobne digestije zavisi u prvom redu od vrste i sastava sirovina i temperature fermentacije. Tako na primer, za fermentaciju tečnog kravljeg stajnjak potrebno je 20-30 dana, za tečni svinjski stajnjak 15-20 dana, a za životinjski stajnjak u kombinaciji sa biljnim materijalom 50-80 dana. Sa povećanjem temperature, brzina biodigestije se povećava, a vreme trajanja procesa skraćuje (http:/www.gtz.de). 314

Pretretman napojne smeše. Primena anaerobne digestije na čvrste materijale biološkog porekla često je ograničena zbog dugog vremena trajanja procesa (20-30 dana) i niske efikasnosti razgradnje čvrstih organskih materija (30-50 %). Ovi limitirajući faktori su uglavnom povezani sa fazom hidrolize. Tokom hidrolize ćelijski zid se razara pri čemu se oslobađaju egzopolisaharidi koji na taj način postaju dostupni acidogenim mikroorganizmima. Pretretmani napojnih smeša mogu povećati proizvodnju biogasa, smanjiti sadržaj isparljivih supstanci i povećati rastvorljivost čvrstih jedinjenja. Pretretman napojne smeše je naročito poželjan u slučaju sirovina sa visokim sadržajem celuloze ili lignina. U tom cilju napojna smeša se podvrgava mehaničkim, toplotnim, hemijskim ili biološkim procesima (Appels et al., 2008). Termički pretretman obuhvata podvrgavanje sirovina visokim temperaturama i pritiscima, čime se stvaraju uslovi za kidanje hemijskih veza ćelijskog zida i membrane olakšavajući rastvaranje ćelijskih komponenti. Optimalni uslovi ovog procesa u prvom redu zavise od tipa otpada – teža hidroliza bioloških materija zahteva jači intenzitet pretretmana. Efekat pretretmana zavisi od načina izvođenja aerobne digestije i značajno može povećati proizvodnju metana pri mezofilnoj anaerobnoj digestiji, a u manjem stepenu pri termofilnoj. Neki komercijalni procesi proizvodnje biogasa su bazirani na termičkom pretretmanu. Tako je na primer Norveška kompanija Cambi razvila sistem koji je baziran na termičkoj hidrolizi, pri čemu se sirovine podvrgavaju temperaturi od 180°C u trajanju od 30 minuta. Na ovaj način rastvori se oko 30 % čvrstih supstanci, a produkcija biogasa se poveća 150 %. Osnovni nedostatak temičkog pretretmana je značajni utrošak energije što povećava cenu dobijenog biogasa. U praksi se često koriste i termo-hemijski pretretmani koji kombinuju efekat toplote i hemijskih procesa sa ciljem smanjenja veličine čestica ili povećanja rastvorljivosti čvrstih sastojaka smeše (Appels et al., 2008). Mehanički pretretman uključuje procese fizičke dezintegracije ćelija i delimično rastvaranje njihovog sadržaja. Najčešće se koriste različite vrste mlinova kao što je naprimer mlin sa kuglama, kao i homogenizacija pod visokim pritiskom (60 MPa). Pritisak komprimovane suspenzije se smanjuje propuštanjem kroz ventil pri čemu su ćelije izložene turbulenciji, kavitaciji i naponu smicanja što dovodi do njihove dezintegracije. Povećanje efikasnosti anaerobne digestije primenom ovih metoda je relativno nisko u poređenju sa ostalim načinima pretretmana sirovina (Appels et al., 2008). Hemijski pretretman obuhvata hemijske procese tretiranja sirovina sa ciljem hidrolize ćelijskog zida i membrane i povećavanja rastvorljivosti organskih supstanci prisutnih u ćelijama. Najznačajnije metode hemijskog pretret­ mana su (Appels et al., 2008; Ward et al., 2008): • Kisela i alkalna hidroliza: Ova metoda obuhvata dodavanje kiseline ili baze u cilju rastvaranja čvrstih sastojaka napojne smeše. Alkalni pretretman 315

je naročito pogodan za digestiju biljnog materijala. Dodatkom kiseline ili baze izbegavaju se visoke temperature pa se ovi postupci najčešće odvijaju na nižim i umerenim temperaturama. U kontinualnim reaktorima alkalni pretretman može dovesti do smanjenja stepena degradacije acetata i glukoze usled nastajanja toksičnih komponenti tokom reakcije saponifikacije. Ograničenja primene ove metode su u promeni pH vrednosti zbog čega se otpad mora naknadno reneutralizovati. • Oksidacija: .U procesu oksidativne razgradnje koristi se kiseonik ili vazduh visokih temperatura (260 °C) i pritisaka (10 MPa). Međutim ovakav način pretretmana otvara problem neprijatnih mirisa, korozije i visokih energetskih troškova. Najčešće korišćene metode oksidacije su ozonizacija i peroksidacija, koje su bazirane na stvaranju hidroksil radikala koji predstavlja izuzetno jako oksidaciono sredstvo. Ovi radikali se najčešće stvaraju upotrebom vodonik peroksida u kombinaciji sa solima prelaznih metala. Skorija istraživanja otvaraju i mogućnost upotrebe alternativnih peroksidanata kao što su peroksimonofosfat i dimetiloksiran. Ultrazvučni pretretman se najčešće koristi za razgradnju kompleksnih polimera pri tretiranju otpadnog mulja. Ovo je bez sumnje najefikasniji način razgradnje ćelija. Iako se primenom veće snage može postići gotovo potpuna dezintegracije ćelija, energetska ulaganja u tom slučaju postaju značajan nadostatak primene ovog postupka (Appels et al., 2008; Ward et al., 2008). Dodatkomaditiva može se povećati produkcija biogasa ili brzina početnog perioda procesa anaerobne digestije. U tom cilju značajna je primena metala, koje mikroorganizmi koriste kao kofaktore enzimskih kompleksa. Efikasno ukla­ njanje propionata pri visokim nivoima isparljivih kiselina u termofilnom reaktoru bez mešanja zahteva dodavanje Ca, Fe, Ni i Co. Produkcija biogasa ana­ erobnom digestijom stajnjaka i krompirovog otpada se povećava dodatkom teških metala. Tako, na primer, nikl se nalazi u enzimskom kompleksu acetil-CoA dekarboksilaza/sintetaza koji ima značajnu ulogu u konverziji acetata do metana (Ward et al., 2008). Prečišćavanje biogasa Biogas purification Glavni razlozi prerade biogasa leže u ispunjavanju zahteva koji su vezani za njegovu upotrebu, povećanje toplotne vrednosti ili standardizaciji kvaliteta biogasa. Željeni kvalitet zavisi u prvom redu od primene što se može videti u Tabeli 5.7. Uklanjanje ugljen-dioksida. Uklanjanjem CO2 povećava se toplotna vrednost goriva i ostvaruje postojani kvalitet gasa. Kada se koriste metode za ukla­ njanje CO2 veoma je važno što više smanjiti gubitke metana kako iz ekonom316

Tabela 5.7 Potrebno uklanjanje komponenti biogasa Table 5.7 Components of biogas necessary to remove (Appels et al., 2008) Primena Dobijanje toplotne energije Dobijanje toplotne i električne energije Gorivo za vozila Gasovod

H2S

CO2

H2O

QH možemo zaključiti sledeće

εgr > εhl εgr > 1 εgr – εhl = 1 εhl > 0 6.4

Kotlovi Boilers

Kotao predstavlja jednu zatvorenu posudu u kojoj se voda pod pritiskom pretvara u paru dovođenjem toplotne energije. U ložištu kotla hemijska energija goriva pretvara se u toplotnu energiju koja se prenosi na vodu/paru. Većina kotlova ima ložište, gde sagoreva gorivo, i snop cevi gde se vrši prenos toplote sa vrelih dimnih gasova na vodu. Kotao se može smatrati kao toplotni razmenjivać koji ima svoj sopstveni izvor toplotne energije. Kotao mora biti projektovan tako da primi maksimalnu moguću energiju koja se oslobađa sagorevanjem goriva, istovremeno kotao mora biti pouzdan a cena proizvodnje što niža. Toplota se na vodu u kotlu prenosi zračenjem, provođenjem i konvekcijom. Relativni udeo svakog od ova tri mehanizma zavisi od tipa kotla, projektovane površine za razmenu kao i od vrste goriva. Kod nekih kotlova izvor toplote može biti i električna energije. Primena pare Para proizvedena u kotlu može se koristiti za: 366

1. potrebe procesa • U vidu neposrednog kontakta (npr. sterilizacija) • U vidu indirektnog kontakta (za održavanje temperature); 2. za potrebe procesa zajedno sa generisanjem električne energije 3. samo za generisanje električne energije i 4. Potrebe grejanja i klimatizacije U Tabeli 6.2 date su osnovne karakteristike kotlova, od malog predviđenog za grejanje do velikih za potrebe industrije Tabela 6.2 Osnovne karakteristike kotlova Table 6.2 Boiler’s basic characteristics (Perry, 1999) Uloga kotla Grejanje Mali industrijski Srednji industrijski Veliki industrijski Velike elektrane

Kapacitet [kg/h] 27.000 45.000 115.000 270.000 1.700.000

Pizlaz[MPa] 1,0 4,6 4,6 10,4 18,2

Tpare [K] Zasićena 673 673 745 811

6.4.1 Tipovi kotla Boiler types Moderni kotlovi su cevni, kompaktni i efikasni. Tehnologija sagorevanja karakteriševelika efikašnost i minimalna emisija (http://www.spiraxsarco.com/ resources/steam-engineering-tutorials.asp#block1%23block1). Gorivo za kotao može biti različito, uključujući sagorljiv otpad. Postoje dva osnovna tipa kotla: 1. Bubanjski kotlovi (firetube boilers, shell boilers) Kotlovi gde produkti sagorevanja prolaze kroz cev a voda oko cevi; 2. Strmocevni kotlovi (watertube boilers) Kod ovih kotlova produkti sagorevanja prolaze oko cevi u kojoj se nalazi voda. Bubanjski kotlovi Shell boilers U maloj i srednjoj izvedbi ovo su najraspostranjeniji tipovi kotla. U ovim veličinima, zbog jednostavnosti izvedbe, su najisplativiji. Kod ovih kotlova kroz cevi struji vreli dimni gasovi a oko cevi se nalazi voda. Sa vrelih cevi toplota se prenosi na okolnu vodu. Postoje različita rešenja za raspored cevi u kotlu. U cilju boljeg iskorišćenja toplotne energije dimnih gasova kotlovi se prave sa više prolaza. Takoreći kod svih modernih kotlovi ovog tipa spoljni omotač je cilindričan. Razlog, je jednostavna proizvodnja i maksimalnu čvrstoću u odnosu na težinu. 367

U cilju povećanja površinu za razmenu a time njegove efikasnosti, kotlovi se prave sa više prolaza. Svaki prolaz predstavlja snop cevi kroz koji gas prolazi. Na kraju prolaza, gas se vraća u sledeći prolaz. Najefikasniji kotlovi su sa tri ili četiri prolaza. Povećanje efikasnosti kotla ima svoje ograničenja. Paralelno sa povećanjem efikasnosti, dolazi do smanjivanje temperature izlaznih dimnih gasova koji mogu biti ispod tačke rose kiselina, koji su uzročnici korozija dimnjaka pa čak i samog kotla. Iz tog razloga, kotlovi sa četiri prolaza su retki. Moderni bubanjski kotlovi su kompaktni i isporučuju se zajedno sa gorionikom, napojnom pumpom kao i svim neophodnim fitinzima i postoljima. Nakon isporuke jedino što je potrebno je povezivanje sa napojnom vodom, parnim sistem i sistemom za ispiranje kao i sa izvorom električne energije Ovi kotlovi mogu da generišu vrelu vodu ili paru. U slučaju generacije vrele vode, bubanj kotla je ispunjen snopom cevi. Kod generacije pare, postoji parni prostor na vrhu bez snopa cevi. U ovom prostoru, se po pravilu instalira, separator pare. Parni kotao takođe ima spoljni uređaj, čija uloga je održavanja nivoa vode. Generacija toplote po jedinici zapremine Ovaj parametar se dobija deljenjem količine unete toplotne energije i zapremine vode u kotlu. Ovim se praktično povezuje proizvedena para pri maksimalnom opterećenju i količina vode u kotlu. Što manji je ovaj broj, veća je ko­ličina zadržane energije u kotlu. Brzina generacije pare Brzina generacije pare predstavlja količinu proizvedene pare u jedinici vremena po jedinici površine vode. Što je niži ovaj parametar, veća je mogućnost razdvajanja vodenih čestica od pare i dobijanje suve pare. Pri ubrzanim opterećenjima kotla, u kotlu će dolaziti do smanjivanja pritiska, i do proizvodnje veće količine pare, i do povećane količine vlažne pare. Prednosti bubanjskih kotlova • Ceo uređaj se može kupiti kao kompletan paket, čime se instalacioni troškovi svode na minimum. • Prednost kompaktnosti je i jednostavnost premeštanja na drugu lokaciju. • Bubanjski kotlovi sadrže značajnu količinu vode na temperaturi zasićenja i shodno tome značajnu količinu akumulisane energije u kotlu, što je i prednost i mana. Prednost je u tome što postoji raspoloživa akumulisana energija i može se odmah isporučiti za potrebe procesa. Mana je u velikoj inerciji. Nakon isporučivanja akumulisane energije treba znatno vreme za ponovnu dostizanje prethodne akumulacije. • Obzirom da ovi sistemi često imaju jedno ložište i gorionik, kontrolni sistem je veoma jednostavan. 368

• Iako se ovi sistemi mogu projektovati do pritiska od 27 bar, većina radi na pritisku od 17 bar i manje. Relativno niski pritisci znače da se pomoćna oprema može nabaviti po pristupačnoj ceni. Mane bubanjskih kotlova • Maksimalni kapacitet ovih kotlova iznosi 27000 kg/h. U slučaju potrebe za većom količinom pare jedino rešenje je više povezanih kotlova. • Veliki prečnik cilindra kod ovih kotlova su ograničenje za pritisak u kotlu. Naime, debljina posude proporcionalna je prečniku posude i pritisku. U slučaju velikih pritisaka, debljina posude morala bi biti velika, što bi imalo za posledicu kotao jako velike težine. Već smo rekli da se maksimalni pritisak kreće oko 27 bar. U slučaju potrebe za višim pritiscima neophodno je koristiti strmocevne (watertube) kotlove. Strmocevni kotlovi Watertube boilers Kod ovih kotlova voda struji u cevi dok dimni gasovi struje oko cevi. S obzirom da je prečnik cevi, u kome se nalazi voda, znatno manji značajno veći pritisak se može dobiti pri istom naponu materijala. Izvedbe su različite. Većina ima snop cevi koje se proteže od gornje komore do donje jedne ili više komora. U donjoj komori, ili ako ih ima više u najnižoj, se skuplja prljavština (mulj). Ovi kotlovi se mogu projektovati za generisanje bilo vode bilo pare. Jedino ovi kotlovi mogu proizvesti pregrejanu paru. Ovi tipovi kotla koristi se u sistemu gde je potrebna velika produkcija pare (do 500 kg/s), veliki pritisci (do 160 bar) kao i pregrejana para visoke temperature (do 5500C). Imajući u vidu relativno mali prečnik cevi, kod ovih tipova kotla proces zagrevanja teče mnogo brže nego kod bubanjskih kotlova. Kapacitet ovih kotlova određen je brojem i dužinom cevi. Treba dodati, da se strmocevni kotlovi mogu proizvoditi u veličinama kojima mogu da se kombinuju sa bubanjskim cevima. Mali strmocevni kotlovi mogu se praviti kompaktnim, kao bubanjske. Veće jedinice proizvode se u delovima koji spajaju na licu mesta. Mnogi ovakvi kotlovi rade na principu prirodne cirkulacije. Kondenzacioni kotlovi Ovi su noviji tipovi kotla. Imaju veću efikasnost od konvencionalnih. Naime, dodatno se dobija toplotna energija kondenzacijom vodene pare u dimnim gasovima. Ovakvi kotlovi moraju imati veliku površinu od nerđajućeg čelika. Kotlovi i peći ovog tipa ograničeni su na čista goriva kao što je gas. Trenutno se izrađuju manjih dimenzija.

369

Električni kotlovi Posmatrajući ove kotlove zasebno, imaju izuzetno veliku efikasnost. Međutim, ako se uzme u obzir i efikasnost proizvodnje električne energije u termoelektrani, zajednička efikasnost elektrane i kotla može biti izuzetno velika. Prednost su: nema ložišta, nema izlaznih dimnih gasova i minimalni potrebe za održavanjem. Prednosti strmocevnih kotlova • Mali sadržaj vode. Shodno tome malo je i vreme odziva na promenu opterećenja i toplotnog ulaza. • Mali prečnik cevi omogućava mnogo veći pritisak (do 160 bar) • Izvedba ovih kotlova omogućava ukjlučivanje više gorionika na bilo kom mestu zida, moguće su i horizontalne i vertikalne opcije. Takođe su moguće kontrole temperature u različitim delovima kotla. Mane • Izvedbe ovih kotlova nisu jednostavne kao kod kompaktnih bubanjskih kotlovi • Mogućnost korišćenja više gorionika može biti i mana. Korišćenje više od 30 gorionika podrazumeva i komlpeksan sistem kontrole. Kombinovana proizvodnja toplote i energije (CHP) Mali strmocevni kotlovi koji koriste otpadnu toplotu povezani sa gasnim turbinama. Ovakvi uređaju daju toplotnu energiju i proizvode električnu energiju. Koeficijent efikasnosti ovih uređaja ide do 90%. Izlazni gasovi iz turbine (oko 5000C) prolaze kroz kotao, gde se generiše para koja se koristi za potrebe procesa. Kod sistema (postrojenja) gde je potreba za električnom energijom i parom u odnosu koji opravdava korišćenje ovakvih sistema. 6.4.2 Goriva Fuels Goriva koja se najčešće koriste su: ugalj, nafta i gas. U pojedinim kotlova moguće je korišćenje i industrijskog ili komercijalnig otpada kao i električne struje. Ugalj Obično se koristi ugalj visoke toplotne moći kao što je mrki ugalj ili antracit. Sagorevanjem uglja ostaje pepeo koji može biti problem za uklanjanje. Kao produkt sagorevanje, pored ostalih nastaju SO2 i H2O. Reakcija između ova dva jedinjenja daje H2SO4, koja kada se kondenzuje u dimnim gasovima pravi problem sa korozijom. Iz tog razloga neophodno je kontrolisati temperaturu dimnih gasova tako da ne padne ispod temperature rose sumporne kiseline. Ukoliko se pusti u atmosferu, vraćaju se u okolinu preko kiša i nastaju ekološki problemi. 370

Ugalj se, međutim, se još uvek koristi kao gorivo kod velikih kotlova u elektranama. Moderni kotlovi na ugalj se prave tako da su ekološko prihvatljivi. Može se uzeti da 1 kg uglja može da proizvede 8 kg pare. Nafta Vreme odziva između zahteva i isporuke tražene pare je kraće nego kod kotlova koji koriste ugalj. Ovo znači da je potrebna manja akumulisana energija u kotlovskoj vodi. Kotao može biti manji, sa manjim gubicima u okolinu i veće efikasnosti. Jedan litar nafte daje približno 14 kg pare, odnosno 1 kg nafte 15 kg pare. Gas Gas je gorivo koji zahteva mali višak vazduha. Koristi se prirodan (zemni gas) koji sadrži uglavnom metan ili tečni naftni gas (TNG) koji sadrži uglavnom propan i butan. U odnosu na naftu i ugalj prednost je u tome što nema problema sa skladištenjem. Otpad Pod ovim podrazumevamo sagorivi otpad i otpadnu toplotu. Izbor goriva Izbor goriva je vrlo važan. Prilkom izbora treba uzeti u obzir: • Cenu goriva • Cenu opreme za sagorevanje • Pozdanost snabdevanja • Skladištenje 6.4.3 Osnovne komponente kotla Bolier’s basic components Ložište kotla Ovde se vrši sagorevanje goriva i generisanje toplotne energije. Izvedba ložišta zavisi od vrste goriva koji se koristi. Različita goriva daju različitu temperaturu plamena i imaju različite karakteristike sagorevanja. Razmenjivači toplote Energija vrelih dimnih gasova se prenosi na vodu u cilju generisanja pare. Prvo se zagreva voda, zatim se generiše zasićena para. Po potrebi treba dodatno dovesti toplotu u cilju dobijanja pregrejane pare. Cilj je što efikasniji prenos toplote, u protivnom značajan deo energije može izaći sa dimnim gasovima iz sistema. Ekonomajzer Dimni gasovi koji napuštaju kotao još uvek raspolažu sa znatnom količinom energije. Energija ovih gasova može se iskoristiti za zagrevanje vode koja ulazi u kotao u uređaju koji se zove ekonomajzer. 371

Ekonomajzer je toplotni izmenjivač kroz koji prolazi napojna voda. Predgrevana dimnim gasovima, napojna voda ulazi u kotao na višoj temperaturi u odnosu na slučaj bez primene ekonomajzera. Na ovaj način sistemu je potrebna manja energija. Alternativno, potrebna energija ostaje ista ali se proizvodi veća količina pare. Generalno, svako povećanje temperature napojne vode za 100C rezultuje u povećanju efikasnosti kotla za 2%. Pregrejač pare Kod bubanjskih kotlova para se genereiše iznad površine vode i uvek je zasićena. U slučaju da je potrebno proizvesti pregrejanu vodenu paru, treba dodatno dovesti toplotnu energiju. Kod strmocevnih kotlova, pregrejač može biti dodatak smešten u zonu loži­ šta gde će vreli dimni gasovi obezbediti odgovarajući stepen pregrevanja pare. U drugim slučajevima, kao što je CHP gde su izlazni gasovi iz turbinr relativno niske temperature, posebno grejan pregrejač se mora dodati. Predgrejanje vazduha za sagorevanje Kod industrijskih procesa za zagrevanje, gde se kao energent koristi gorivo, jedan od najmoćnijih načina za poboljšanje efikasnosti je predgrevanje vazduha potreban za sagorevanje goriva u ložištu. Izvor toplote je izlazna struja gasa, koja napušta proces na povišenoj temperature. Mnogi procesi daju prljave ili korozivne izlazne gasove koje obrazuju naslagu ili su agresivni za toplotne izmenjivače. Pre kupovine razmenjivača treba uzeti u obzir čistoću izlaznih gasova i otpornost ponuđenih izmenjivača. Treba biti siguran da smo sve uzeli sve u obzir. Postoje dva tipa predgrejača: rekuperatori i regeneratori. Rekuperatori su toplotni izmenjivači gas-gas smešteni u dimnjaku peći. Toplota se sa dimnih gasova prenosi na vazduh koji ulazi u peć preko cevi ili ploča bez međusobnog kontakta (mešanja). Regeneratori obuhvataju dva ili više posebnih sekcija za akumulaciju toplote. Dimni gasovi I vazduh za sagorevanje naizmenično prolaze kroz regenerator, alternativni zagrevajući I hladeći medijum za akumulaciju. U cilju kontiunualnog rada, neophodna su dva regeneratora, jedan se greje dimnim gasom a drugi hladi vazduhom za sagorevanje, naizmenično. 6.4.4 Uređaji neophodni za kontrolu i vođenja procesa u kotlu Boiler Fittings and Mountings Sigurnosni ventili Automatski se otvara u slučaju dostizanja određenog pritiska u kotlu. Uloga ovih ventila je zaštita bubnja (komore) kotla od velikog pritiska koji može da izaove eksploziju komore kotla. Kotao mora da ima bar jedan sigurnosni ventil.

372

Zaustavni ventili (Boiler stop valves) Kotlovi moraju imati i ovaj ventil. Uloga ovih ventila je izolacija kotla i pritiska u kotlu od procesa u postrojenju. Regulator nivoa napojne vode Uloga regulatora je u održavanju nivoa vode u okviru granica koje daju bezbedan rad kotla tokom konstantnog i promenljivog opterećenja kotla. Ovaj regulacioni ventil se postavlja između napojne pumpe i kotla i sprečava plavljenje kotla iz napojnog rezervora vode. Ventil je nepovratnog tipa čime se sprečava vraćanje vode iz kotla u periodima kada pumpa ne radi. Kontrola nivoa vode Održavanje odgovarajućeg nivoa vode u kotlu je od suštinske važnosti za siguran i efikasan rad kotla. Spoljna kontrola nivoa. Ure]aji za kontrolu instalisani su na spoljnu stranu kotla. Interna kontrola nivoa. Sistemu za kontrolu nivoa koji su postavljeni unutar kotla. Ovi daju veći stepen sigurnosti od onih instalisanih spolja. Ventil za ispiranje dna Ventili povezani sa samim dna kotla služe za odvođenje vode sa nagomilanom prljavštinom pod punim radnim pritiskom kotla. Ventili u nivou vode služe za odvođenje pene. Kontrola kvaliteta vode Za siguran i efikasan rad kotla neophodna je kontrola kvaliteta vode. TDS (Total Dissolved Solids) kontrola je kontrola količine ukupno rastvorenih čvrstih čestica. Kada je ovaj parametar veći of propisanog, neophodno je ispuštanja dela vode iz kotla i zamenom sveže, napojne vode. Ovim se razređuje voda u kotlu i shodno tome snižava TDS vrednost. Ispiranje kotla vrši se manuelno ili automatski. Indikator pritiska Svi kotlovi moraju imati bar jedan uređaj za merenje pritiska. Količina vode u generisanoj pari Kod dobro projektovanog kotla, stepen suvoće generisane pare je u granicama 96% do 99%. Promena u opterećenju koji je brži od vremena odziva kotla, rezultuje u pari manjeg stepena suvoće. 6.4.5 Tretman kotlovske vode Boiler’s water treatmen Za siguran i pouzdan rad modernih cevnih kotlova neophodno je obezbediti odgovarajući kvalitet vode. ASME (Američko društvo mašinskih inženjera), na bazi 50-to godišnjeg iskustva dalo je preporuke za kvalitet vode u cilju 373

obezbeđivanja pouzdanog i efikasnog rada modernih cevnih industrijskih kotlova. Postizanje parametara definisanih u ovoj preporuci postižu se odgovarajućim spoljnim i unutrašnjim tretmanom vode. Spoljni tretman vode. Priprema napojne vode, voda koja ulazi u kotao, hemijskim i mehaničkim tretmanom. Cilj je da se poboljša kvalitet napojne vode pre ulaska u kotao. Priprema napojne vode za kotao se optimizuje uklanjanjem nepoželjnih soli i/iIi ostalih konstituenata vode. Čestice koje dolaze sa napojnom vodom koncentrišu se u kotlu i kao rezultat dolazi do stvaranja kamenca i to naročito tamo gde je intenzivan prenos toplote. Naslage deluju kao termički izolator i dovode do pregrevanja. Kroz cevi grejane cevi cirkuliše voda ili para ili mešavina obe. Cilj cirkulacije je da se omogući prenos toplotne energije sa metalne cevi na vodu brzinom koja obezbeđuje neophodno hlađenje cevi da ne bi došlo do pregrevanja. Odgovarajuća cirkulacija sprečava preterano zagrevanje metala ili velike razlike temperatura koje bi dovele do oštećenja prouzrokovane, pregrevanjem i/ili prenaprezanjem. Pored toga neophodno je uklanjanje kiseonika i ostalih nekondenzujućih gasova radi sprečavanje korozije. Uspostavljanje konzistentnog kvaliteta napojne vode je izuzetno važno za kreiranje internog tretmana vode. Unutrašnji tretman. Čak i posle primene najodgovarajućeg tretmana izvora vode, napojna voda (uključujući povratni kondenzat) još uvek sadrži nečisto­ će koje mogu ugroziti rad kotla. Neophodno je preduzeti unutrašnji tretman u cilju minimizacije problema kao i da se izbegnu eventualne katastrofalne posledice. Ispiranje kotla (blowdown) Glavna uloga ispiranja kotla je održavanje sadržaja čvrstih čestica u kotlovskoj vodi u propisanim granicama. Ispiranje na dnu. Uloga ispiranje dna je uklanjanje mulja sa dna. Učestalost operacije ispiranja dna je stvar iskustva kao i rada samog uređaja. Kontinualno ispiranje. Kontinualno ispiranje koncentrovane vode iz kotla često se koristi zajedno sa manuelnim ispiranjem. Mesto ispiranja određeno je projektom kotla i generalno predstavlja mesto gde se najveća količina pare izlazi iz sistema. Kontinualno ispiranje kotla omogućava savršeniju kontrolu sadržaja čvrstih čestica u vodi. Pravilno ispiranje kotla zajedno sa pravilnim internim tretmanom vode omogućava postizanje željenog rezultata za kvalitet kotlovske vode. Mnogi moderni uređaji imaju automatizovano ispiranje kotla.

374

6.4.6 Efikasnost kotlova Boliers efficiency Toplotna energija, koja se dobija sagorevanjem goriva odlazi na generisanje pare i toplotne gubitke 4

Qg = Qp + ΣQ 1 gub,i

(6.34)

Gde Qp predstavlja toplotu koja ode na generisanje pare a Qgub,i toplotne gubitke.

Qp = Qv + Qvp + Qpp

(6.35)

Deo energije odlazi na zagrevanje vode, Qnv deo na isparavanje, Qvp a deo na pregrevanje (ukoliko je potrebno), Qpp

Qnv = mcp,nv (tzp – tnv )



Qvp = mΔhvp

(6.35b)



Qpp = mcp,pp (tpp – tzp ) gde su: m tv, tzp,tpp Δhvp

(6.35a)



(6.35c)

masa generisane pare temperatura napojne vode, zasićene pare i pregrejane pare latentna toplota isparavanja

Generalno, gubici u kotlu mogu se svrstati u sledeće grupe: • Gubici energije sa dimnim gasovima, Qgub,1 • Gubici energije kroz zidove kotla, Qgub,2 • Gubici energije sa vodom za ispiranje, Qgub,3 • Ostali gubici, nesagorelo gorivo, gubici infiltracijom, curenjem itd., Qgub,4 Efikasnost kotla predstavlja meru iskorišćenosti energije goriva i zavisi od mnogih faktora. Na efikasnost kotla naročito utiče kvalitet procesa sagorevanja goriva i stepen iskorišćenja energije produkata sagorevanja. Mera efikasnosti kotla je ukupan stepen korisnog dejstva kotla. Po definiciji predstavlja odnos između iskorišćene i unete toplotne energije.

ç =

Qp Qg



(6.36)

375

gde su: Ç ukupan stepen korisnog dejstva kotla Q g raspoloživa energija radnog goriva Qp toplota koja se preda prijemniku 6.4.7 Merenje efikasnosti kotla Measuring boiler’s efficiency Merenje efikasnosti kotla je prvi korak u održavanju njegovog efikasnog rada. Treba imati u vidu da se performanse kotla kontinualno menjaju kao i da su kotlovi veliki potrošači energije i da mali procenat uštede rezultuje u velikim energetskim uštedama. Ovo nameće kontinualnu kontrolu efiksnosti kotla. Generalno trebalo bi meriti ukupnu efikasnosti kotla koja predstavlja odnos između isporučene energije i energije unete u sistem. Merenje količine energije isporučene pare i/ili vode kao i ukupnu energiju unete u sistem. Ovakva sveobuhvatna merenja su nepraktična. U cilju dobijanja tačnih vrednosti neophodni su odgovarajući laboratorijski uslovi. Vrlo često ovo nije izvodljivo. Sledeća, jednostavnija mogućnost je merenje efikasnosti procesa sagorevanja. Ovaj test proverava potpunost sagorevanja kao i efektivnost prenosa toplote sa dimnih gasova na vodu ili paru. Imajući u vidu da pri normalnom radu kotla, ovo čine većinu gubitaka, ovakav alternativni test ima opravdanje. Efikasnost ostalih delova kotla, kao što su pumpa, motori itd., su uglavnom konstantni. Test efikasnosti sagorevanja može dati tačnost reda veličine od 1%. Trebamo imati u vidu, međutim, da nam ovakav test ne daje odgovor na: • gubitke tokom rada kotla u pripravnom (minimalnom) režimu rada, • toplotne gubitke sa površine zida kotla u okolinu, • gubitke ispiranjem kao i • potrošnja energije od strane pomoćne opreme. Test efikasnosti procesa sagorevanja vrši se merenjem sadržajem kiseonika ili ugljendioksida u dimnim gasovima. Test sa kiseonikom, u opsegu optimalnog rada kotla, daje generalno tačnije rezultate. Testiranje efikasnosti kiseonikom podrazumeva tri merenja: • merenje procenta kiseonika u dimnim gasovima, • merenje temperature dimnih gasova i • merenje temperature vazduha koji ulazi u kotao. Merenje sadržaja kiseonika vrši se posebnim instrumentom a temperature možemo odrediti pomoću termometra. Na osnovu izmerenih vrednosti, efikasnost procesa sagorevanja se može odrediti pomoću posebnog kompjuterskog programa ili pomoću dijagrama sačinjenog za dato gorivo. Primer jednog takvog dijagrama dato je na Sliici 6.10.

376

Primer 6.6 Izmereni sadržaj kiseonika je 7%, ulazna temperatura vazduha 280C (820F) a temperatura dimnih gasova iznosi 2480C (4780F). Odrediti efikasnost sagorevanja. Imajući u vidu da je temperaturna razlika ulaz-izlaz 2200C (4280F), sa dijagrama (Slika 6.10) oćitavamo efikasnost sagorevanja od 75%. Smatra se da je proces sagorevanja goriva u kotlu efikasan ako: 1. gorivo sagoreva potpuno, 2. se koristi mali višak vazduha i 3. se iz dimnih gasova prenese maksimalna količina toplotne energije.

Slika 6.10 Dijagram za određivanje efikasnosti sagorevanja Figure 6.10 Diagram for calculating combustion efficiency

Dovođenje vazduha, više od potrebnog smanjuje efikasnost kotla. Na ovaj način deo energije odlazi na zagrevanje nepotrebnog viška vazduha, čime se smanjuje količina toplotne energija koju treba predati sistemu kao i temperatura izlaznog dimnog gasa. Imajući u vidu da gorivo i vazduh ne mogu biti idealno pomešani, nemoguće je kompletno sagorevanje bez viška vazduha.

377

Sa druge strane u slučaju dovođenja nedovoljne količine vazduha, dolazi do nepotpunog sagorevanja. Nesagorelo gorivo predstavlja značajan gubitak ener­ gije ali i ekološki problem. Jedan od indikatora nepotpunog sagorevanja je pri­ sustvo ugljenmonoksida u dimnim gasovima. Treba napomenuti da do formira­nja ugljenmonoksida dolazi i pri velikim viškovima vazduha. U slučaju odgovarajućeg odnosa vazduh-gorivo sadržaj ugljenmonoksida u dimnim gasovima svodi se na odgovarajući nivo, pod uslovom da nema drugih problema u radu kotla. 6.4.8 Mogućnosti za uštedu energije Energy reduction opportunities 1. Minimizacija rada kotla Osnovni princip očuvanja energije je isključivanje uređaja kada njegov rad nije potreban. Ovaj princip treba primenuti kako na kotao tako i njegovu pomoćnu opremu. Nepotreban rad kotla i pomoćne opreme dovodi do sledećih nepotrebnih gubitaka: • Gubici kod postrojenja i sistema za distribuciju. Dok sistem radi postoje i odgovarajući gubici (kondukcijom i curenjem) • Nepotrebno snabdevanje energijom pomoćne opreme kotla. U slučaju da smo sveli rad kotla na minimum trebamo biti sigurni da uređaji vezani za kotao ne rade. Primer: pumpa za distribuciju tople vode. • Nepotreban rad uređaja-korisnika koji se posebno ne kontroliše. Na radijatorima ne postoji termostataski ventil, pa vrela voda prolazi kroz njih kada za to nema potrebe. 2. Odnos vazduh-gorivo Pri podešavanju rada kotla, najvažniji parametar je odnos vazduh-gorivo. Ovaj odnos ima najveći uticaj na efikasnost kotla. Neodgovarajući podešeni odnos vazduh-gorivo takođe dovodi do ozbiljnih ekoloških problema. Idealan kotao bi zahtevao tačno toliko vazduha koliko je potrebno za sagorevanje, višak kiseonika u tom slučaju ne bi postojao u dimnim gasovima. Kod realnih kotlova, potreban je višak vazduha koji treba da omogući potpuno sago­ revanje goriva. Minimum viška vazduha zavisi od vrste goriva i tipa gorionika. Moderni, viosoko efikasni gorionici, zahtevaju minimalnu količinu vazduha. Podešavanje osdgovarajućeg odnosa vazduh-gorivo, može u ekstremnim slučajevima, dovesti do uštede od 10%. 3. Gorionik i ventilatori Gorionik priprema gorivo za sagorevanje i pravi efikasnu smešu sa vazduhom. Ventilator omogućava cirkulaciju vazduha i goriva i sastavni je deo sistema. Redovno održavanje kao i pravilno podešavanje odnosa vazduh-gorivo omogućava optimalan rad gorionika. Pravilan rad gorionika omogućava uštedu od 0,5 do 10%.

378

4. Kontrola promaje Promaja u kotlu je neophodna za pravilno mešanje vazduha i goriva, za obezbeđivanja protoka dimnih gasova kroz kotao i za odvod dimnih gasova iz sistema u oklinu. U slučaju režima rada u pripravnom stanju promaja se prekida. Promaja može biti prirodna i prinudna. U oba slučaja mora se kontrolisati. Pravilnim podešavanjem promaje moguće su uštede od 0,5% do 5%. 5. Površine za razmenu Površine za razmenu treba održavati čistim. Naslage na zidovima cevi smanjuju prenos toplote. Ovo ima za posledicu odlazak veće količine toplotne energije kroz dimnjak u okolinu. Sa strane vatre najčešći depozit je čađ. Čađ je dobar termički izolator jer formira poroznu strukturu. Stvara se kod svih vrsta goriva koja imaju ugljenik. Pri nepotpunom sagorevanju vrlo brzo dolazi do njegovog formiranja. Najbolji način za minimizaranje stavaranja naslaga čađi je u podešavanju odgovarajućeg odnosa vazduh-gorivo. Čak i veoma kratak period rada sa nedovoljnim vazduhom dovodi do stvaranje značajne količine čađi. Mogućnosti za uštedu 0,5% do 10% u odnosu na cenu goriva, što uglavnom zavisi od tipa goriva i podešenog odnosa vazduh-gorivo. Naslage sa strane vode imaju isti efekat kao naslage sa strane plamena. U ekstremnim slučajevima, naslage sa strane vode mogu smanjiti efikasnost kotla za 10%. Održavanje čistih cevi je važno i zbog zaštite kotla. Temperatura u kotlu je dovoljno visoka da može dovesti do oštećenje kotla. Pri radu sa čistim cevima voda se ne pregreva i hladi čelične cevi održavajući je na sigurnoj temperaturi. U slučaju naslaga, cev preuzima veću količinu toplote i dolazi do njegovog pregrevanja. Mogućnosti za uštedu 5% do 10% u odnosu na cenu goriva. 6. Prenos toplote sa dimnih gasova i rekuperacija toplote Kada je rad kotla pravilan, najveći izvori gubitaka je nemogućnost prenosa celokupne energije sagorevanja na paru ili toplu vodu. Kod modernih kotlova temperatura izlaznih dimnih gasova kreće se u opse­ gu od 1500C do 3150C. Kod manje efikasnih kotlova izlazna temperature može biti mnogo viša. Gas ovako visoke temperature sadrži znatnu količinu energije. Postavljanjem razmenjivača toplote omogućava se iskorišćenje značajnog dela ove energije. U cilju uspešne rekuperacije toplote dimnih gasova korisno je znati uzroke pojave visokih temperature dimnih gasova. Glavni faktori koji utiču na temperature dimnih gasova su: 1. Kapacitet kotla za prenos toplote. Uzrok visokih temperatura dimnih gasova, pogotovu kod starih tipova kotlova, je mala površina za razmenu i loša rešenja za prenos toplote.

379

2. Kapacitet gorionika. Proizvodnje toplote energije veće od potrebne, instalisanjem predizimenisanog gorionika je takođe uzročnik visoke temperature dimnih gasova. 3. Temperature vode u kotlu. Gasovi sagorevanja moraju biti na višoj temperaturi od temperature vode u kotlu da bi došlo do prenosa toplote. Praktično, temperatura dimnih gasova treba bude za 100C do 400C viša od temperature vode (Wulfinghoff, 1999) 4. Temperatura pregrejane pare. Kod kotlova koji proizvode pregrejanu paru, limitirajuća temperatura je temperatura vode a ne temperatura pregrejane pare. Generalno, kotlovi su projektovani tako da dimni gasovi struje prvo preko cevi za generaciju pregrejane pare a nakon toga preko cevi sa vodom. 5. Sprečavanje kondenzacije kiselina. Temperatura dimnih gasova mora se držati na temperaturi koja je iznad temperature kondenzacije kiselina u dimnim gasovima. Da bi se osigurali od pojave kondenzacije, temperatura dimnih gasova treba da je za oko 200C viša od temperature kondenzacije kiselina (tipično između 600C i 1200C). Mora se napomenuti da postoje načini hvatanja ovih kiselina. Tabela 6.3 Temperature rose kiselina u zavisnosti od goriva Table 6.3 Acid’s dew points at various fuel (Wulfinghoff, 1999) gorivo prirodni gas nafta Ugalj

Tačka rose kiseline [0C] 60 80 – 120 120

6. Latentna toplota vodene pare. Goriva koja sadrže vodonik u dimnim gasovima daju vodu. U dimnim gasovima voda je u obliku vodene pare. Izla­ skom vodene pare iz sistema odlaze i značajna količina energije. Rekuperacija toplotne energije dimnih gasova može se postići prolaskom dimnih gasova kroz toplotni razmenjivač. Treba imati u vidu da se radi o relativno niskim temperaturama i da treba naći primenu za energiju ovako niske temperature. Obično se se ova energija koristi za zagrevanje napojne vode i ulaznog vazduha potrebnog za sagorevanje. Nije svrsishodno kupovati skupu efikasnu opremu za rekuperaciju toplote za kotao loših performansi. Umesto toga, nedostatak odgovarajuće površine, može se nadomestiti intenziviranjem prenosa toplote promotorima turbulencije (uređajima za intenziviranje turbulencije). U slučaju intenzivnijeg rada gorionika od potrebnog, mora se smanjiti njegov intenzitet.

380

Ugradnja ekonomajzera Primena ekonomajzera na zagrevanje napojne vode daje uštedu od oko 5%. Uštede preko ove vrednosti su retke. Uštede koje značajno ispod ove vrednosti obično nisu isplative. Mogućnosti uštede od 2% do 10% od cene goriva. Ugradnja kondenzacionog ekonomajzera Kod ovog ekonomajzera koristi se latentna toplota kondenzacije vode pare koja se nalazi u dimnim gasovima. Ovakav ekonomajzer mora biti izgrađen od nerđajućeg čelika i sa velikom površinom za razmenu. Mogućnosti za uštedu: od 5% do 15% od cene goriva. 7. Rekuperacije predgrevanjem vazduha za sagorevanje Predgrevači vazduha za sagorevanje su kabasti i skupi, jer se radi o prenosu toplote sa gasa na gas na relativno niskoj temperaturi. Noviji, efikasniji predgrevači su manji i jeftiniji. Predgrevači se obično koristi zajedno sa ekonomajzerom. Ekonomajzerom se prvo iskoristi gornji nivo energije za zagrevanje vode a zatim donji nivo ener­ gije dimmih gasova za predgrevanje vazduha. Kod kotlova bez ekonomajzera, više energije dimnih gasova stoji na raspolaganju za predgrevanje vazduha. Mogućnosti za uštedu: 1% do 4% od cene goriva u slučaju ugrađenog ekonomajzera. Ako kotao nema ekonomajzer, ušteda može ići do 10%. 8. Korišćenje kondenzata Kondenzati nastaju u procesu, nakon kondenzacije pare i vraćaju se u sistem napojne vode. 9. Tretman vode Ispiranjem se iz kotla ispuštaju nagomilani kontaminenti. Neki čvrsti kontaminenti su teži od vode i stvaraju naslagu na dnu. Ove naslage uklanjaju se na dnu. Uklanjanje ovakvih naslaga, mulja, radi se sa vremena na vremena, nakon njihovog nagomilavanja. Ima, međutim kontaminenata koji su lakši od vode i one plivaju po površini. Rastvoreni kontaminenti, isparavanjem vode takođe dolaze na površinu. Ovakvi kontaminenti se uklanjaju neposredno ispod površine vodom (površin­ sko ispiranje). Količina energije koja se odvodi ispiranjem proporcionalna je temperaturi vode kotla kao i brzini ispiranja. U cilju smanjivanje toplotnih gubitaka ispiranje treba svesti naminimum. Treba biti oprezan sa primenom rekuperacije toplote ispiranja. Mogućnosti za uštedu (pre svega minimzacijom ispiranja): 0,1% do 2% od cene goriva.

381

10. Rekuperacija toplote vode za ispiranje Voda za ispiranje sadrži značajnu količinu toplotne energije. Ekonomičnost rekuperacije uglavnom je kod velikih kotlova koji zahtevaju veliku količinu tretirane vode. Mogućnosti za uštedu: 0,1% do 2% od cene goriva. Procenat uštede zavisi prvenstveno od udela ispiranja. 11. Povrat kondenzata Uvek kada je to isplativo treba raditi rekuperaciju kondenzata. Razlozi su sledeći: • rekuperacija toplotne energije kondenzata • smanjivanje troškova koji odlaze na tretman vode • smanjivanje potrebe za svežom vodom • ekološki razlozi (ispuštanje tople vode u okolinu). Tipično kondenzat se vraća u kotao sa temperaturom od 800C, dok je tretira­ na voda temperature 150C. Iz ovoga se vidi značajan potencijal za rekuperaciju. 12. Curenje pare i vode Curenje može biti glavni izvor gubitaka kao i dodatnih troškova održavanja, naročito kod postrojenja sa velikim razvodnim sistemom. U cilju sprečavanja i otklanjanja ovih gubitaka, neophodan je monitoring gubitaka vode kod kotla. Praćenje gubitka vode nam ukazuje na količinu energije koja se gubi. Pored toga treba imati u vidu da se curenjem povećavaju troškovi vode kao i troškovi vezanih za tretman vode. Mogućnosti za uštedu: do 20% od cene goriva, plus smanjeni troškovi za tretman vode kao i smanjena potrošnja vode. 13. Korišćenje najefikasnijeg trapa Parni trapovi su sastavni deo parnih sistema. U slučaju da je njihov rad neodgovarajući, mogu biti glavni izvor gubitaka energije i vode. Korićenje pogrešnog tipa trapa može biti uzrok neodgovarajućeg rada opreme koja koristi paru, mođe ošteti cevni sistem i razoriti sam trap. Gubitak pare kroz trap je takoreći nevidljiv, jer se para gubi odlaskom u kondenzacioni sistem. Trap mora odgovarati veličinom i tipom svojoj nameni. Trap pare je uređaj koji blokira prolaz pare istovremeno omogućava prolaz kondenzata. Dve osnovne primene trapa su: • Na izlazu uređaja koji koristi paru, zadržava paru u sistemu dok se ne obavi proces prenosa odgovarajuće količine toplote. U suprotnom, noglo bi se desiti da para samo prođe kroz sistem a da se na sistem prenese minimalna količina toplotne energije. • Na liniji pare, trap uklanja kondenzat koji se formira u cevi. Kondenzat se formira usled gubitaka toplote energije pare u cevi. Ako bi se dozvolilo akumulisanje kondenzata u cevi, usled pritiska nagomilane pare, moglo bi doći do oštećenja ventila, cevovoda pa i samih uređaja. 382

• Kod nekih sistema, trapovi se koriste za uklanjanje vazduha ili drugih nekondenzibilnih gasova. Nagomilavanje ovih gasova može dovesti do smanjanja protoka pare kao i do korozije cevi i uređaja. • Mogućnosti za uštedu: Različito. Za trapove koji se koriste kod uređaja uštede idu od 1% do 30% od pare koja prolazi kroz sistem. 14. Gubici kondukcijom i zračenjem Toplotni gubici kondukcijom i zračenjem sa kotla i pomoćne opreme u okolni vazduh tipično iznose oko 2%. Gubici toplote sa površina su konvekcijom i zračenjem. Kod izolovanih površina temperaturna razlika se smanjuje, samim tim i gubici ali se mora imati u vidu da se površina za razmenu povećava. Kod neizolovanih površina koji su na visokim temperaturama dominantni gu­ bici su zračenjem. Ovakvi slučajevi su retki. Kod izolovanih površina dominan­tni gubici su konvekcijom sa površine u okolinu. Ako su površine dobro izolovane temperaturne razlike su male. U ovakvim slučajevima, površine igraju veliku ulogu. 6.5

Parni sistemi Steam systems

Para je veoma pogodan nosilac toplotne energije • Para se generiše se iz vode koja je dostupna u velikim količinama i nije skupa. Nije opasna po zdravlje i ekološki je prihvatljiva. • Para može da akumulira relativno veliku količinu energije pri prihvatljivim temperaturama, pet ili šest puta veću količinu energije u odnosu na vodu iste temperature. Količina akumulisane energije raste sa pritiskom i temperaturom. • Para se lako i ekonomično distribuira do potrošača. Moguć je prenos toplotne energije na velike udaljenosti bez upotrebe skupih cirkulacionih pumpi. • Zahvaljujući visokom sadržaju toplote, relativno mala cevna mreža je potrebna za distribuciju pare visokog pritiska. U Tabeli 6.4 dat su podaci za zasićenu paru na nekoliko pritisaka i temperatura. Iz Tabele se vidi, na osnovu entalpija vode i zasićene pare, razlika u akumulacionoj sposobnosti suvozasićene pare i vode. Zbirno, za generaciju pare potrebni su niži kapitalni i operativni troškovi. Njena jednostavna distribucija i sistemi za povrat kondenzata daju joj prednost u odnosu na druge medije za prenos toplote (vreli gas, topla voda, električna energija i sistemi sa toplim uljem). Zasićenu paru lako je kontrolisati. Zbog direktne veze između pritiska i tem­ perature kod zasićene pare. Količina energije koja se unosi u sistem kontroliše se pomoću pritiska zasićene pare. 383

Tabela 6.4 Osobine vodena pare i vode na nekoliko pritisaku zasićenja Tabela 6.4 Properties of steam and water at selected saturation pressures Psat [bar]

Tsat [0C]

1 2 3 4 5 6 7 8

100 120 134 144 152 159 165 170

vode 419 506 562 605 641 671 697 721

Entalpija [KJ/kg] pare 2676 2707 2725 2738 2749 2757 2763 2769

isparavanja 2257 2201 2163 2133 2108 2086 2066 2048

Efikasan način prenosa toplote. Toplotna energija se efikasno prenosi na sistem kodenzacijom pare. Para može da obuhvati ili se injektira u produkt koji se greje. Može da ispuni bilo koji prostor na uniformnoj temperaturi i vrši prenos toplote kondenzacijom pri kostantnoj temperaturi. Ovo nije slučaj kod drugih sistema kao što je zagrevanje pomoću toplog ulja ili vode. S obzirom na veliki toplotni fluks, dovoljna je relativno mala površina za razmenu što omogućava korišćenje kompaktnih uređaja. (moderan pločasti parni uređaj od 1200 kW zahteva 0,7 m2, razmenjivači tipa cev u cev zauzimaju 2 ili 3 puta više prostora. Odgovarajućim održavanjem parni uređaj radiće dugi niz godina. U poređenju sa drugim sistemima, monitoring i upravljanje parnim trapovima je jednostavan. U odnosu na ovo oprema mnogo je komplikovaniji monitoring curenja gasa ili vremensko zahtevni manuelni monitoring sistema sa vodom ili uljem. Fleskibilnost. Para je sterilna i kao takva može da se koristi u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji. Koristi se i za proces i za zagrevanje prostorija. Sigurnost. Nema opasnosti od požara. Ostali sistemi za prenos energije Alternativni sistemi su voda i termalni sistemi kao što su vrela ulja. U poređenju sa parom, voda ima manju sposobnost akumulaciju energije pa samim tim i manju količinu toplote može preneti sistemu. Voda se koristi se za zagrevanje prostorija i niskotemperaturne procese (do 1200oC). Termalni fluidi, kao što su mineralna ulja, mogu se koristiti tamo gde su po­ trebne visoke temperature (do 4000oC) a gde se ne može koristiti para. Termalni fluidi su skupi, i zahtevaju izmenu svake pete godine. Generalno, za komercijalno grejanje, ventilaciju i industrijske sisteme, para ostaje najpraktičnije i najekonomičnije rešenje. 384

6.5.1 Osobine pare Steam properties Entalpija zasićene pare Entalpija zasićene pare predstavlja zbir entalpije vode i latentne entalpije isparavanja vode i predstavlja ukupnu raspoloživu energiju zasićenu pare.

ep = hp = hv + Δhvp



(6.37)

Prilikom kondenzacije 1 kg pare ukupna količina toplote koja zasićena para može da preda iznosi

qp = Δhisp = hp – hv



(6.38)

Ista količina toplote može se predati sistemu pomoću vrele vode

Qv = qp = mv cv Δt

(6.39)



Odavde se može odrediti potrebna količina vode

mv =

qp cv ∆t

=

∆h isp cv ∆t

(6.40)

U slućaju korišćenja pregrejane pare za prenos toplote može se napisati (6.41) Vlažna para Vrlo često, u sistemu dolazi do kondenzacije dela zasićene pare. U tom slučaju imamo smešu proključale vode i zasićene pare. Podsetimo se da temperatura i pritisak ostaju isti. U ovom slučaju entalpija vlažne pare je

hvp = xhpp + (1 – x)hv



(6.42)

U gornjem izrazu x je stepen suvoće i predstavlja odnos mase suvozasićene pare i ukupne mase (masa suvozasićene pare i proključale tečnosti) (6.43) 385

Generisanje potpuno suve pregrejane pare (x = 1) u industrijskim kotlovima je retko. Sistem obično sadrži izvesnu količinu kapljica vode, tako da se do­ bija smeša pregrejane pare i proključale tečnosti – vlažna para. Fleš para Fleš para predstavlja paru koja se formira iz kondenzata usled pada pritiska. Kada može da se formira fleš para? Da bi dobili paru iz kondenzata datog pritiska i temperature, neophodno je da temperatura kondenzata bude viša od temperature ključanja vode na pritisku na koji spuštamo kondenzat. Tako pri prolasku kondenzata kroz trap, ako je dolazna struja kondenzata na dovoljno visokoj temperaturi, usled pada pritiska dolazi do formiranja fleš pare. Primer 6.6 Kondenzat pritiska 5 bar i temperature 1400C nakon prolaska kroz izlazi iz sistema u okolinu pri čemu mu opada pritisak na 1 bar. Da li dolazi do pojave fleš pare i koliko? Na pritisku od 1 bar temperatura ključanja (zasićenja) je 1000C, što znači da će doćo do stvaranja fleš pare. Koliko? Odgovor na ovo dobijamo iz energetskog bilansa. Energija pre i posle procesa je ista

hv,1 = xhp,2 + (1 – x)hv,2

(6.44)



Gde su hv,1, hp,2, hv,2 entalpija vode u stanju 1 (viši pritisak), entalpija pare i vode u stanju 2 (niži pritisak) respektivno, dok je x količina nastale fleš pare a 1 – x količina preostalog kondenzata. Odavde se lako može izračunati količina nastale fleš pare (6.45) gde je hvp latentna toplota isparavanja.



Pregrejana para Prenos toplote moguć je i pomoću pregrejane pare. Količina prenete toplote jednaka je

Q = mppcppΔt



(6.46)

Specifični toplotni kapacitet pregrejane pare, zavisi od P i T i manji je od specifičnog toplotnog kapaciteta vode. Pregrejana para može se upotrebiti u procesu u razmenjivačima toplote. U odnosu na zasićenu paru, znatno manja količina toplote se može predati sistemu, temperatura joj nije konstantna i zahteva veću površinu za razmenu. Iz ovih razloga, uvek kada se može pregrejana para se hladi do zasićenja i kao takva koristi za prenos toplote. 386

6.5.2 Komponente parnog sistema Steam system components Para proizvedena u kotlovima prenosi se kroz cevi do mesta gde postoji potreba za toplotnom energijom. Generalno, iz kotla polazi jedan ili više glavnih vodova. Manji cevni ogranci dovode paru do pojedinačnih uređaja. Sistem cevi i okolni vazduh su hladniji nego para, iz tog razloga toplota će se prenosti sa pare na cev i okolni vazduh. Kao posledica gubitka energije pare, dolazi do njene kondenzacije. Kondenzat pada na dno cevi i nošen strujom pare do najniže tačke u glavnom vodu. Do dodatne kondenzacije pare dolazi i prilikom otvaranja ventila, zbog kontakta sa okolnim vazduhom. Pojava kondenzata u vodovima nije poželjan. Kondenzat je loš provodnik toplote i predstavlja prepreku za prenos toplote sa pare na proces, čime se smanjuje željeni efekat. Pored toga nastala voda može delovati kao čep, što može biti uzrok ozbiljnih problema u postrojenju. Kondenzat nastao u parnim vodovima kao i kondenzat nastao u procesnim uređajima mora biti uklonjen. Uboičajeni način za ovo je postavljanje parnih trapova. Zbog gubitaka, sva para iz kotla se ne može iskoristiti. Uzroci gubitaka su razni: • gubici u cevovodima • gubici zbog vršenja rada • gubici zračenjem • gubici kao posledica “flashnig-a” pare 6.5.3 Mogućnosti za uštedu Energy reduction possibilities 1. Prisustvo kondenzata visokog pritiska. Ovaj kondenzat se može podvrgnuti “flashnig” procesu čime se dobija para koja se može koristiti u pro­ cesu. 2. Loša izolacija linije pare i kondenzata. Cilj izolacije je smanjivanje gubitaka toplote u okolinu i sprečavanje kondenzovanja pare. Loša izolacija povećava toplotne gubitke, kao rezultat dobijamo paru sa manjom entalpijom. 3. Curenje linija i ventila. Povećanje gubitaka. Kao posledica curenja mora se proizvesti više pare da bi se nadoknadili gubici. 4. Linija pare je bučna. Pojava buke u liniji indicira prisustvo kondenzata. S obzirom da je voda prepreka prenosu toplote sa pare na proces, neophodno je ukloniti kondenzat u cilju boljeg prenosa toplote kao i da se spreče oštećenja zaptivaka (fitinga) od udara kondenzata.

387

5. Kondenzat pare se baca. Po pravilu, temperatura kondenzata je ista kao i temperatura pare. Kondenzat se može vratiti nazad u kotao na ponovno isparavanje. S obzirom na njegovu temperaturu, potrebno je manje energije za njegovo isparavanje, što znači uštedu u gorivu. 6. Trap za paru su neodgovarajuće veličine. Uloga trapa je da ispusti kondenzat ne dozvolivši pri tome da linija pare iščezne. Trap čije su dimenzije manje od neophodnog neće ukloniti sav kondenzat i na taj način neće biti efikasan u uklanjanju kondenzata. 7. Održavanje. Treba sprovoditi program planiranog održavanje da bi bili sigurni da će ceo sistem dugo i bezbedno raditi. 6.6

Uređaji za hlađenje Cooling systems

6.6.1 Sistemi sa kompresijom pare Vapour compresion systems Većina uređaja za hlađenje radi na principu kompresionog hlađenja. Principi rada svih savremenih sistema za hlađenja prostorija ili procesa zasniva se na činjenici da je prilikom isparavanja tečnosti neophodna toplotna energija. Neophodnu energiju uzimamo iz sistema, što za posledicu ima snižavanje energije sistema, odnosno njegovo hlađenje. Tečnost koja se koristi za isparavanje naziva se rashladna tečnost ili refrigent. Na Slici 6.11 dat je šematski prikaz ciklusa kompresionog hlađenja. Cikus se sasroji od četiri glavna procesa: • isparavanja • kompresije • kondenzacije i • ekspanzije Isparavanje Toplota sistema, prenosi se na tečnost za hlađenje koja isparava. Pritisak mora biti dovljno nizak da bi se obezbedilo isparavanje rashladne tečnosti na niskoj temperaturi. Temperaturi nižoj od temperature na koju želimo da ohladimo sistem. Dobijena para je zasićena. Kompresija Kompresorom se povećava pritisak pare. Povećanjem pritiska povećamo i temperaturu ključanja odnosno kodenzacije rashladne tečnosti. Pritisak povećavamo toliko da temperatura kodenzacije bude iznad temperature okoline. Kondenzacija Pri dostizanju odgovarajućeg pritiska, temperatura okoline biće niža od temperature okoline. Odnosno, okolina će tada predstavljati toplotni ponor. Toplota, sa srdstva za hlađenje prelazi u okolinu i dolazi do njegove kondenza388

cije. U nekim slučajevima, hlađenje se može vršiti ispod temperature kondenzacije. Pothlađivanje sredstva za hlađenje se vrši prvenstveno zbog smanjivanja mogućnosti “flashinga” sredstva za hlađenje u ekspanzionom ventilu. Ovim se obezbeđuje ulaz manje količine pare u isparivač i čini sistem efikasnijim (Dincer, 2010). Ekspanzija Nakon ekspanzije tečna sredstvo za hlađenje se vraća u isparivač i počinje novi ciklus. Nakon ekspanizje pritisak rashladne tečnosti treba da opadne na nivo gde je temperatura ključanja tečnosti niža od temperature prostorije koja se hladi. Prostorija u ovom slučaju predstavlja toplotni izvor. Proces 1-1 Reverzibilna adijabatska kompresija. Proces 2-3 Reverzibilna prelaz toplote u okolinu pri kostantnom pritisku Proces 3-4 Ireverzibilna ekspanzija pri kostantnoj entalp Proces 4-1 Reverzibilan prelaz toplote iz sistema koji hladi na sredstvo za hlađenje pri kostantnom pritisku.

Slika 6.11 Idealni ciklus sa kompresijom pare Figure 6.11 Ideal vapour compression system

Osnovne komponente sistema su: Isparivač Razmenjivač toplote pomoću kojeg se vrši isparavanje tečnosti za hlađenje. Usisna linija Cev između isparivača i kompresora. Služi za transport isparenog sredstva za hlađenje od isparivača u kompresor. 389

Kompresor Uređaj razdvaja deo sistema sa niskim pritiskom od dela sistema sa visokim pritiskom. Zadatak kompresora je da izvlači paru iz isparivača u cilju održa­va­ nja niske temperature ključanja i da komprimuje rashladno sredstvo na malu zapreminu, visoki pritisak i visoku temperaturu. Linija tople pare Ova cev povezuje kompresor sa kondenzatorom. Kondenzator U ovom uređaju razmenjuje se toplota između tople rashladne pare i okoline. Okolina koja je na nižoj temperaturi odvodi toplotu iz kondenzatora, kao po­sledica rashladna para se kondenzuje. Tečna linija Ova linija povezuje kondenzator sa kontrolnim uređajem. U ovo je uključen i ekspanzioni ventil. U ovoj liniji može biti samo rashladna tečnost u tečnom obliku. Linija je topla, jer je rashladna tečnost još uvek na visokom pritisku. Kontrola sredstva za hlađenje Uređaj vrši kontrolu tečnog sredstva za hlađenje koji ulazi u isparivač. Cilj provere je da se u usisnu liniju pusti sredstvo za hlađenje samo nakon što je celokupna tečnost proključala u isparivaču. Akumulator ili prijemnik Ovde se drži tečno sredstvo za hlađenje. Mnogi sistemi za hlađenje nemaju poseban akumulator. Umesto toga tu ulogu može da preuzme kondenzator, isparivač i/ili tečno sredstvo za hlađenje. Uređaj za razdvajanje kondenzatora (deo sistema sa visokim pritiskom) od isparivača (deo sistema sa sa niskim pritiskom). Ovaj uređaj sprečava toplo sredstvo za hlađenje da se rasprši kroz kondenzator čime se sprečava pad priti­ ska odnosno održavanje izlaznog pritiska neophodnog za kondenzaciju refrigen­ ta. Kod većine uređaja ovu se rešava pomoću jednostavnog otvora ili ventila. Energetska analiza ciklusa sa kompresijom pare Ciklus predstvlja protočni sistem, koji se satoji od više pojedničnih protočnih procesa. Na svaki pojedinu komponentu sistema može da se primeni Prvi zakon termodinamike za otvoren sistem. Za ceo sistem važi

•

•

W + Q C = QH



(6.47)

Koeficijent korisnosti (COP), εh

•

Q εh = C W 390

(6.48)

Stvarni ciklus sa kompresijom pare Stvarni kompresioni ciklus se razlikuje od teorijskog. Prvensteno zbog pada pritiska i temperature rashladnog sredstva pruzrokovano gubicima pri proticanju rashladnog sredstva kao i razmenom tolpote sa okolinom. Po pravilu, para rashladnog sredstva koja ulazi u kompresor je pregrejana. Tokom proesa kompresije, kao posledica ireverzibilnosti kao i razmene toplote dolazi do porasta (ireverzibilnost i prenos toplote sa okoline na rashladno sredstvo) ili može doći opadanje entropje (ireverzibilnost i prenos toplote sa rashladnog sredtva na okolinu). Pritisak tečnosti (rashladno sredstvo) koja izlazi iz kondenzatora je manja u odnosu na pritisak pare koja ulazi u kondenzator, dok je temperatura rashladnog sredstva u kondenzatoru nesšto viša od temperature okoline. Pregrevanje i pothlađivanje Koeficijent hlađenja može se značajno povećati pregrevanjem u isparivaču ili pothlađivanjem u kondenzatoru sredstva za hlađenje. Pregrevanjem sredstva za hlađenje u isparivaču odvodimo dodatnu količinu toplote iz sistema koji se hladi, čime se direktno povećava koeficijent hlađenja. Povećanje efiksnosti hlađenja pregrevanjem u isparivaču često rezultuje u smanjenoj efikasnosti u kompresoru. Naime, pregrvanjem dobijamo paru veće zapremine. Imajući u vidu da je zapreminski protok kompresora konstantan, ovo vodi ka smanjenom kapacitetu. Iskustveni podatak je da je gubitak u kapacitetu iznosi 1% na svakih 2,50C pregrevanja u usisnoj liniji. Izolacija usisne linije smanjiće ovaj efekat. Drugo, mnogo efikasnije rešenje bilo bi odvođenje viška toplotne energije u usisnom delu. U praksi, međutim nije mnogo primenljivo zbog malih temperaturnih razlika i male raspoložive energije. Pothlađivanjem sredstva za hlađenje ispod temperature kondenzacije obe­ zbeđujemo da u ekspanzioni ventil ulazi rashladno sredtsvo 100% u tečnom stanju. Ovim se sprečava nastajanja mehurove pare koji bi predstavljali dodatni otpor protok rashladnog sredtsva kroz ekspanzioni ventil. Pothlađivanje se može vršiti i u samom kondenzatoru. Ovo, međutim vodi ka dodatnom dužem trajanju procesa. Mnogo je efikasnije ako se proces pothlađivanja vrši nakon konden­ zacije uz pomoć spoljneg medijuma, izvan sistema za hlađenje. Pothlađivanjem se obetbeđuje veći kapacitet hlađenje, manja potrošnja električne energije, uni­ formnija temperatura hlađenja kao i smanjeni početni troškovi. 6.6.2 Apsorpcioni sistemi za hlađenje Absorption cooling system Kod ovih sistema umesto kompresije pare vrši se kompresija tečnosti, što je sa energetskog stanovišta mnogo povoljnije. Koriste se dva fluida kao i dodatna toplotna energija. U ovim uređajima apsorbent (sekundarni fluid) služi za cirkulaciju primarnog fluida (rashladnog sredstva) koji isparava u isparivaču. U cilju uspešnog rada apsorpcionog procesa važan je izbor odgovarajuće 391

kombinacije rashladnog sredstva i apsorbenta. Jedna od najpoznatijih kombinacija su amonijak-voda i litijum bromid – voda. Poslednja kombinacija je primenljiva za hlađenje preko 40C (zbog kristalizacije vode). Sistem amonijak-voda može se koristiti za niskotemperaturno hlađenje (ispod 00C). Apsorpcioni sistemi, kao i kompresioni imaju isparivač koji služi za odvlačenje toplote na niskom pritisku i kodenzator za odbacivanje toplote na visokom pritisku. Ovi sistemi, takođe imaju ekspanzioni ventil između kodenzatora i isparivača. Umesto kompresora ovi sistemi imaju sledeće elemente: apsorber, pumpu, generator i dodatni ekspanzioni ventil. U ovom delu dolazi do apsorbcije rashladnog sredstva, sabijanje rastvora na viši pritisak i oslobađanje pare. Nakon oslobađanja pare rastvor se vraća u apsorber preko ekspanzionog ventila. Apsorber U ovom uređaju se vrši apsorpcija rashladnog sredstva od strane apsorbenta. Para koja izlazi iz isparivača apsorbuje se od tečnog apsorbenta i dobijamo tečnu smešu bogatu rashladnim sredstvom. Na Slici 6.12 date su osnovne komponente apsorpcionog sistema.

Slika 6.12 Osnovne komponente apsorpcionog sistema Figure 6.12 Absorption cooling system basic components

Pumpa Dobijena tečna smeša se sa pumpom prebacuje na viši pritisak koji vlada u kondenzatoru. Generator U generatoru dolazi do isparavanja rashladne tečnosti pomoću dodatne toplote. Ovo može biti otpadna toplota ili toplotna energija sunca. 392

Ekspanzioni ventil Smeša siromašna sredstvom za hlađenje se nakon prolaska kroz ekspanzioni ventil vraća u absporber. Sve kreće iz početka. Ostalo je isto kao kod kompresionih sistema. U praksi se obično koriste toplotni izmenjivači, jedan ili dva. Na Slici 6.13 dat je prikaz tipičnog apsorpcionog sistema za hlađenje sa amonijakom kao rashladnim sredstvom. Pored dva toplotna razmenjivača sistem karakteriše i postajanje analizatora i ispravljač (korigator). Svrha ovih uređaja je uklanjanje vodene pare koja može da nastane u generatoru. Cilj je da u kondenzator dospe isključivo para amonijaka. Sistem se zasniva na sposobnosti vode da apsorbuje i oslobodi amonijak, koji predstavlja sredstvo za hlađenje. U apsorberu, voda apsorbuje amonijak na temperaturi kondenzacije. Nastaje tkz. jak rastvor (oko 38% su amonijaka). Jak rastvor odlazi u pumpu gde se podiže pritisak rastvora, nakon čega rastvor odlazi u generator. Pre ulaska u regenerator jak rastvor se predgreva u toplotnom izmenjivaču. U generatoru se podiže temperatura jakog rastvora pomoću spoljneg toplotnog izvora, amijak isparava i odlazi u kondenzator a siromašan rastvor (oko 24% amonijaka) apsorbuje nešto vodene pare iz analizatora/korektora i odvodi se do preko toplotnog razmenjivača u ekspanzioni ventil. Nakon izlaska iz ekspanzionog ventila odlazi u apsoreber i sve kreće iz početka. Topla para amonijaka iz generatora odlazi do korektora radi odvajanja even­ tualno zaostale pare vode. Nakon toga topla para amonijaka odlazi u kodenzator gde se u potpunosti kodenzuje. Tečni amonijak odlazi prolazi kroz drugi toplotni izmenjivač u cilju dodatnog hlađenja. Nakon prolaska kroz ekspanzioni ventil, pritidsak amonijaka bitno opada pre ulaska u isparivač. U isparivaču tečni amonijak isparav, nakon čega ulazi u apsorber i sve kreće ispočetka. Apsorpcijom amonijaka u apsorberu dovodi do smanjivanja pritiska i izvlači paru amonijaka iz isparivača. Prelaskom pare u tečni rastvor dolazi do oslobođanje toplote, delom latentnom toplotom kondenzacije a delom toplotnim efektom rastvaranja. Ovako oslobođena energija kontinualno se odvodi u okolinu posredstvom vode za hlađenje ili vazduhom. Akumulisana toplota koja se dovodi preko isparivača i generatora dovodi u sistem potrebno je odvesti iz sistema u okolinu. Jedan deo akumulisane toplote odvodi se u kondenzatoru a drugi deo odvodi se apsorpcijom amonijaka u apsorberu. Rastvor amonijaka i vode može ostati u tečnom stanju pod određenom temperaturom. Iz tog razloga neophodna je hlađenje apsorbera vodom ili vazduhom. Nakon izlaska iz generatora, para amonijaka prolazi kroz destilacionu kolonu, gde se vrši koncentrovanje amonijaka u skoro čist amonijak, pre ulaska u kondenzator. Energetska analiza apsorpcionog sistema za hlađenje Kao i kod sistema sa kompresijom pare i ovde se energetski bilans vrši na bazi Prvog zakona termodinamike za otvoren sistem. Bilans se radi za svaku komponentu sistema, uz predpostav da se radi o stacionarnim protočnim sistemima. 393

Slika 6.13 Stvarni apsorpcioni sistem za hlađenje amonijak-voda Figure 6.13 A practical ammonia–water absorption cooling system

Treba uočiti da kod kompresionih sistema maseni protok rashladnog sredstva bio je kostantan i isti kroz sve komponente sistema. U apsorcionom sistemu, postoje dva fluida: rashladno sredstvo i apsorbent, koji zajedno čine rastvor čiji sastav je različit u različitim delovima procesa. Jedan u apsorberu i jedan u generatoru. Iz tog razloga, pored bilansa energije biće neophodan i maseni bilans. Na osnovu Slike 6.13 bilans energije za ceo sistem •

•

•

•

•

W + Q H + Q GEN = Q APS + Q T



(6.49)

Koeficijent korisnosti hlađenja •

εh =

•

QH

•

WP + Q GEN

(6.50)

•

U gornjem izrazu WP predstavlja potrebnu snagu pumpe. Snaga je mala i obično se zanemaruje u računanju efikasnosti hlađenja. 6.7

Klimatizacija Air conditioning

Većina velikih objekata imaju centralizovani sistem za ventilaciju i kondicio­ niranje. Uloga sistem mogu biti: 394

• Hlađenje i/ili grejanje vazduha u datom prostoru • Ventilacija • vlaženje ili • sušenje. Ovi sistemi, ako izuzmemo sam proces, mogu biti najveći potrošači energije. Sisteni za klimatizaciju sastoje se iz dve jedinice: jedinice za pripremu vazduha i jedinicu za raspodelu vazduha. U jedinici za pripremu vazduha, vazduh se menja temperatura, sadržaj vlage i čistoća u zavisnosti od zahteva prostorije/zone. Ova jedinica predstavlja deo koji prenosi toplotnu energiju između prostora koji se kondicionira i jedinice za pripremu vazduha. Toplotna energija se može odvoditi pomoću vazduha, vode ili sredstva za hlađenje. Kondicioniranje vazduha uvek uključuje mogućnost snižavanje temperature kao i nivo vlažnosti. Mnogi sistemi nude mogućnosti grejanja kao i toplotne pumpe projektovane prvenstveno za grejanje. Toplota se iz sistema, ispunjenim ljudstvom ili uređajima, prenosi na vazduh u prostoriji a sa vazduha na sredstvo za hlađenje ili ohlađenu vodu. Varijacija u toplotnom opterećenju, koja zavisi od broja osoba u prostoriji ili rada uređaja, mora biti uzeta u obzir i rešava se automatskom kontrolom temperature i vlažnosti. Unos spoljneg vazduha može biti u različitim udelima, sve do 100%. Kada su spoljne temperature odgovarajuće, potrebe za hlađenjem je nepotrebno. 6.7.1 Sistemi sa jednom zonom Singlezone system Kod ovih sistema vazduh se kondicionira u jednom centralnom delu a zatim kroz kanal odvodi u jednu ili više prostorija. Ukoliko se radi o više prostorija, sve prostorije dobijaju vazduh istog stanja (Slika 6.14)

Slika 6.14 Sistem sa jednom zonom Figure 6.14 Single zone system 395

6.7.2 Sistemi sa više zona Multizone systems Nedostatak sistema sa jednom zonom je što sve prostorije dobijaju vazduh istog stanja. To ima smisla kada sve prostorije imaju približno isto opterećenje. Vrlo često to nije slučaj. U tom slučaju može se koristiti sistem sa više zona. Ovo omogućava da svaka zona dobije vazduh odgovarajućeg stanja. Sistemi sa konstantnim protokom vazduha Kod ovih sistema u centralnom delu priprema se vazduh prema najnepovoljnijoj prostoriji (prostorija sa najniže zahtevanom temperaturom). Kod prostorije koje zahtevaju manje hlađenje, vrši se zagrevanje preko zonskih dogrejača. Ovo, naravno dovodi do povećanje potrošnje energije. Moguće je i drugo rešenje, odnosno da se zone, pojedinačno opreme dodatnim hlađenjem. Isto takođe, moguće je predvideti i decentralizovano ovlaživanje vazduha. Ovakva rešenja, međutim, zahtevaju velika investiciona ulaganja.

Slika 6.15 Sistem sa konstantnim protokom vazduha Figure 6.15 System with constant air flow rate to individual zone

Sistemi sa promenljivim protokom vazduha Kod ovih sistema protok dovodnog vazduha je promenljiv, a temperatura konstantna. Različita rashladna opterećenja pojedinih zona reguliše se prome­ nom protoka. Dovodni vazduh se uduvavava konstantne temperature a prome­ na rashladnog opterećenja, rast ili smanjenje, reguliše se protokom vazduha preko termostata (Slika 6.16) 396

Slika 6.16 Sistem sa promenljivim protokom vazduha Figure 6.16 System with variable air flow to individual zone

Prednost ovakivih sistema je u tome što se potrebna energija za kondicioniranje vazduha smanjuje sa smanjivanjem količine unetog vazduha. Dobrom regulacijom smanjuje se značajno i energija potrebna za rad ventilatora. Ovi sistemi su posebno opravdani kod malih rashladnih opterećenja, gde se veliki deo opterećenja pokriva sa malom količinom spoljneg vazduha. U ovom slučaju nije isplativo ulagati u dodatni rashladni sistem. Centralizovani sistemi za klimatizaciju omogućili su izgradnju zgrada sa pro­ zorima koji se ne otvaraju. Pored prednosti, ovo je i mana jer je ventilacija ova­ kvih zgrada u potpunosti zavisna od sistema za klimatizaciju. Kod velikih sistema javljaju se gubici koji se ne javljaju kod sistema koji služe za kondicioniranje jedne prostorije. Glavni uzroci gubitaka kod ovih sistema su sledeći: • Dogrevanje Dogrevanje je neophodno, prvenstveno radi održavanja temperature pojedinačnih prostorija u sistema gde prostorije zahtevaju različito opterećenje. Dogrevanjem se takođe može regulisati vlažnost. • Povećano opterećenje ventilatora Centralnizovani klimatizacioni sistemi zahtevaju velike kanalne sisteme. Ovo zahteva ventilator veće snage. • Neodgovarajuća kontrola unosa spoljnog vazduha. Kondicioniranje spoljneg vazduha je izuzetno skupo. Ovo nameće veoma preciznu kontrolu unosa spoljneg vazduha, što često nije slučaj. 397

• Nejednaka raspodela ventilacionog vazduha. Centralni klimatizacioni sistem koji vrši ventilaciju zajedno sa zagrevanjem i hlađenjem ne može distriburati spoljni vazduh u odgovarajućoj meri svakoj pojedinoj prostoriji. Ako želimo obezbeđivanje odgovarajuće ven­ tilacije za svaku prostoriju, rezultat će biti prekomerna ventilacija u većini ostalih prostorija. • Nemogućnost isključivanja grejanja, hlađenja i ventilacije u pojedinačnim prostorijama Problem se može rešiti ugrađivanjem dampera za prekid rada u svakoj pojedinačnoj prostoriji. Zasad, ovakva rešenja su retka. Gubici energije dogrevanjem mogu biti ogromni, ostali gubici energije su takođe značajni. Sistemi sa promenljivom zapreminom trebalo bi da otklone prva dva uzročnika gubitaka. Kod ovakvih sistema do ozbiljnih problema komfora, čije rešavanje opet zahteva velike gubitke energije. Rešenje sa promenljivom zapreminom, izuzev malih sistema, postao je dominantan. Problem komfora i efikasnosti je, međutim, još uvek prisutan. Uzrok problema efikasnosti i komfora kod centralizovanog sistema je pokušaj projektanta da se zadovolje mnogi zahtevi samo sa jednim tipom uređaja. 6.7.3 Mogućnosti za uštedu Energy reduction possibilities 1. Minimizacija rada sistema Uštedu je najbolje početi ovom merom. Mera obično donosi velike uštede uz relativno mala ulaganja. Uređaj treba isključiti kada nema potrebe za njegovim radom. Treba imati u vidu da je automatska kontrola mnogo efikasnija od manuelne. Ugraditi odgovarajući uređaj za kontrolu procesa. 2. Unos spoljneg vazduha Spoljni vazduh unosi se u velikoj količini, prvenstveno u cilju održanja kvaliteta vazduha. Kondicioniranje spoljneg vazduha obično zahteva veliki udeo energije koja odlazi na rad sistema. Unos spoljneg vazduha treba biti minimalan. Treba imati u vidu da kondicioniranje spoljneg vazduha obično zahteva više energije od energije potrebne za kondicioniranje recirkulisanog vazduha iz same zgrade. Ovo nameće minimalan unos spoljneg vazduha, izuzetak je slučaj kada se spoljni vazduh može koristiti za hlađenje. Rekuperacija izlaznog vazduha je glavni način za smanjivanje energije potrebne za kondicioniranje spoljneg vaduha. Značajne energije se mogu uštedeti prečišćavanjem recirkulisanog unutra­ šnjeg vazduha. Postoje različite metode za prečišćavanje vazduha, kojima se sko­ ro u potpunosti mogu otkloniti većina untrašnjih polutanata. Najčešći način je 398

filtracija. Treba, međutim, reći da mnogi sistemi za prečišćavanje predstavljaju značajan otpor za protok vazduha, što ima za posledicu potrebu za ventilatorom veće snage. Dodatna potreba za energijom smanjuje potencijal uštede što u nekim slučajevima može ovakav sistem činiti neekonomičnim. U principu, svaka vrsta polutanata se može ukloniti. Pitanje je samo da li je to više isplativo od unosa spoljneg vazduha. 3. Rekuperacija toplote izlaznog vazduha Izlazni vazduh sadrži značajnu količinu energije. Ova energija može se koristiti za kondicioniranje ulaznog vazduha. Postoji više tipova izmenjivača koji se koriste za rekuperaciju toplote izlaznog vazduha. Svi su ovi razmenjivači su skupi, što treba uzeti u obzir prilkom analize potencijala za uštedu ovim načinom. Imajući ovo u vidu treba razmotriti mogućnost rekuperacije toplote svih izlaznih vazdušnih struja (ne samo glavne). Što veća količina izlaznog vazduha, to je veći izgled za ekonomičnost ovog rešenja. Potencijal uštede zavisi uglavnom od razlike temparature između izlazne i ulazne struje. U našem klimatskom području mnogo više energije se može rekuperisati u sistemima koji se greju od sistema koji se hlade. Tipična temperaturna razlika zimi je 300C, dok je leti ova razlika oko 150C. Efikasnost rekuperacije razmenjivača u sistemima koji se greju kreće se između 50% do 70%. Ako se radi o sistemima koje treba hladiti, zbog manje temperaturne razike, efikasnost je nešto manja. Prilikom računanja uštede rekuperacijom, treba uzeti u obzir i povećanu potrošnju energije na rad ventilatora, koji sad treba da pokreće i izlazni i ulazni vazduh kroz razmenjivač toplote. Kod izmenjivača koji koriste tečnost potrebna je pumpa. Najveći efekat uštede rekuperacijom toplote izlaznih gasova je kod sistema sa jednom zonom. Isto tako efekat uštede raste sa ventilacionim protokom. Sistemi sa velikim protokom vazduha imaće veće uštede. 6.7.4 Uređaji za kondicioniranje jedne prostorije Units for single space conditioning Ovde spada široka klasa uređaja kako za zagrevanje tako i za hlađenje. Zajednička osobina im je da svaki uređaj obslužuje jednu prostoriju, odnosno jednu zonu. Svaka jedinica ima jedan termostat, jedan distribucioni ventilator i minimalni razvod. Sistemi su jednostavniji u odnosu na prethodne u pogledu kontrole i distribucije vazduha. Sistemi su kompaktni i relativno jeftini. U slučaju potrebe najsvrsishodnije je sistem zamenuti u celini, mada se u nekim slučajevima može biti opravdana modifikovacija ili nadgradadnja. Mere za uštedu uglavnom se poklapaju sa merama uštede kod velikih sistema. I ovde važi opšti princip uštede – minimizacija rada uređaja. Za prostorije koje se ne koriste podesiti uslove kondicioniranje u širim opsegu (održavanje 399

temperature i vlažnosti). U periodu praznog prostora, unos spoljneg vazduha se može isključiti. Isto tako u ovom periodu se i rad ventilatora može isključiti. Iako za rad ventilatora nije potrebno mnogo energije, ukupna potrošena energija na rad ventilatora se mora uzeti u obzir U vreme kada se prostorija koristi, glavna mogućnosti za uštedu energije kod sistema za kondicioniranje jedne prostorije je mnimizacija grejanje i hlađenja, koja je funkcija ispunjenosti prostorija. Gubici toplote kondukcijom kao i troškovi grejanja spoljneg vazduha direktno su proporcionalni razlici temperatura između spoljneg i unutrašnjeg vazduha. Smanjivanje temperature prostorije koja se greje smanjuje ovu temperaturnu razliku kao i troškove grejanja. Isto tako držanje temperature kod hlađenja na najvišem mogućem nivou je najveća moguća ušteda. Automatska kontrola i u ovom slučaju ima prednost nad manuelnom. U slučaju ustaljenog, unapred poznate šeme rada, preporučljivo je ugradnja vremensko programirane kontrole. U prostorijama se neregularnim kodinicionarinjem treba ugraditi vremenskog isključivanja u cilju mogućnosti kontrole korisnika. Kod ovih sistema druga mogućnost je ugrađivanje senzora popunjenosti u cilju kontrole uređaja za kondicioniranje. 6.8

Toplotne pumpe Heat pumps

Toplotne pumpe su uređaji koji služe za prenos toplote sa sistema sa nižom temperaturom na sistem sa višom temperaturom. Očigledno da se jedan sistem hladi (iz koga se crpi energija) a drugi zagreva (u koji se prenosi toplotna energija). Kada je cilj hlađenja uređaj se zove rashladni sistem, ako je cilj zagrevanje onda se uređaj zove toplotna pumpa. Osnovni cilj i jednog i drugog uređaju isti, prenos toplote sa nižeg na viši viši temperaturni nivo. Većina toplotnih pumpi rade na principu kompresija pare. Komponente toplotne pumpe sa kompresijom pare su potpuno iste kao sistema za hlađenje sa kompresijom pare. Razlika između ova dva sistema je u tome što uređaji za hlađenje prenose toplotnu energiju iz sistema sa niskom temperaturom u oko­ linu, dok kod toplotne pumpe iz okoline u sistem sa visokom temperaturom. Imajući u vidu da toplotne pumpe mogu da koriste energiju okoline (vazduh, voda, zemlja) kao i otpadne toplote, potencijali za uštedu energije su ogromni. Jedini način za podizanja temperaturnog nivoa otpadne toplote je pomoću toplotne pumpe. Skoro sve toplotne pumpe rade na principu kompresiju pare ili kao apsorpcioni ciklus. Primena toplotne pumpe u industriji Toplotne pumpe se mogu primenuti u mnogim indurijskim procesima. Primena obuhvata: 400

• Zagrevanje prostorija Toplotnim pumpama mogu se zagrevati staklenici, stambeni objekti ili industrijske zgrade. Kao toplotni izvor mogu se koristiti konvencionalni izvori ili industrijska otpadna toplota, • Zagrevanje ili hlađenje procesne vode U većini industrija, temperature topla procesne vode kreće se između 40 i 900C, pre svega radi pranja, sanitacije i higijene. • Produkcije pare Temperatura industrijske otpadne pare, niskog srednjeg ili visokog pritiska, kreće se između 100 i 2000C. Na tržištu postoje visokotemperaturne toplotne pumpe koje mogu proizvesti paru do 3000C. • Sušenje i odvlaživanje Može se koristiti u industriji za sušenje i odvlaživanje na niskim i umerenim temperaturama (maksimalno 1000C). Generalno, koeficijent toplotnih pumpi za sušenje je prilično visok između 5 i 7. • Isparavanje, destilacije i proces koncentracije. U mnogim industrijskim sistemima toplotne pumpe našle su primenu u procesima destilacije, uparavanja i koncentracije. Male temperaturne razlike u ovim procesima rezultuju u visokim koeficijentu grejanja kod ovih toplotnih pumpi, između 6 i 30. 6.8.1 Toplotni izvori Heat sources Primarni izvori toplote su vazduh, voda i zemlja. U praksi najčešći izvor je vazduh. Kod malih sistema vazduh, podzemna voda i tlo (zemlja) su odgovarajući toplotni izvori. Kod velikih sistema površinska voda, voda mora i geotermalni sistemi su mnogo povoljniji. Tehničke i ekonomske performanse toplotne pumpe je u strogoj vezi sa toplotnim izvorom. Vazduh Spoljni vazduh je dostupan ali ima čitav niz problema. Kada je potreba za energijom najveća temperatura spoljneg vazduha je najniža, kao i koeficijent grejanja. Ako je period jaki niskih temperatura mali ovo nije posebno važno. Izlazni ventilacioni vazduh takođe može biti toplotni izvor. Neki uređaji mogu koristiti kako spoljni tako i ventilacioni vazduh. Voda Ovaj izvor toplote ima mnogo stabilniju temperaturu od vazduha. Podzemna voda je dostupna sa stabilnom temperaturom, po pravilu između 4 i 100C. Voda se iz jednog izvora koristi kao izvor toplote a nakon prolaska kroz toplotnu pumpu, ohlađena vraća u poseban izvor. Većina podzemnih izvora vode su na dubini ispod 10 m i mogu obezbediti temperaturu u toku cele godine 401

od 100C. Ovim se obezbeđuje relativno visok koeficijent grejanja u toku cele godine (3 i više). Treba dodati da energija koja odlazi na transport vode smanju­ je koeficijent grejanja (10% po 20 m dubine). Voda nakon prolaska kroz isparivač mora se vratiti nazad u zemlju u cilu održavanja nivoa vode u zemlji. Podzemna voda na dubinama 80 m i niže obično je temperature u granicama 5-180C. Problem sa ovim izvorima je što voda često sadrži visoke rastvorene čvrste čestice. Površinske vode kao što su reke i jezera su po pravilu dobri izvori toplotne energije. Osnovni nedostatak je što šimi zamrzavaju ili su im temperature bliske 00C. Otpadna voda može biti dobar izvor toplote jer ima relativno stabilnu tempertazru tokom godine. Zemlja (tlo) Tlo ima slične prednosti kao voda, relativno visoka i konstantna temperatura tokom godine. U Tabeli 6.5 dat je primer koeficijenta grejanja toplotne pumpe za neke sisteme grejanja Tabela 6.5 Koeficijent grejanja kod sistema voda na vodu kod raznih režima grejanja ulazna/izlazna temperatura Table 6.5 COP variation of a water-to-water heat pump the distribution/return temperature (Dincer, 2010) Toplotni distribucioni sistem Konvencionalni radijatori (60/500C) Podno grejanje (35/300C) Savremeni radijatori (45/350C)

εh 2,5 6,0 3,5

Solarne toplotne pumpe Glavna prednost ovih tolotnih pumpi je što toplotni izvor na višoj temperaturi od drugih toplotnih izvora. Ovo znači da će i koeficijent grejanja biti veći. Kod direktne primene solarne energije rashladno sredstvo prolazi kroz solarni kolektor, koji služi kao isparavač. Obično se koristi ravan solarni kolektor. Kod indirektnog sistema, u kolektoru se zagreva voda ili vazduh, koje predstavljaju toplotni izvor. Na Slici 6.17 data je šema jednostepene toplotne pumpe sa kompresijom pare. Bitno je uočiti tri različita kruga fluida: • Krug izvora iz kojeg se toplota odvodi • Krug toplotnog ponora u koji se toplota prenosi i • Krug rashladnog sredstva u kojem se vrši prenos toplotne energije Imajući u vidu pokrivanju pika toplotnih gubitaka i kapaciteta toplotne pumpe, postoje dva sistema 402

Monovalentni sistem Kod ovih sistema, toplotna pumpa projektovana je tako da može pokriti toplotne gubitke pri vršnom opterećenju. Ovako projektovane toplotne pumpe imaju preprojektovani kapacitet, jer u većini periodu rada pumpe, nema potrebe za tako veliki kapacitet. Ovo nesumnjivo vodi ka manjem prosečnom koeficijentu grejanja ovakvih toplotnih pumpi. Monovalenti sistemi se primenjuju samo kada su toplotni izvori podzemna voda, tlo ili slično, odnosno izvori koji mogu obezbediti odgovarajući kapacitet tokom celog perioda grejanja. Sezonski koeficijenti grejanja su obično viši od sistema sa vazduhom kao toplotnim izvorom. Bivalentni sistemi Ovi sistemi se upotrebljavaju u slučajevima kada toplotna pumpa ne može da pokrije vršne toplotne gubitke, zbog niskih temperatura toplotnog izvora. Ovo je slučaj kod toplotnih pumpi sa vazduhom kao toplotnim izvorom. Ove toplotne pumpe su manjeg kapaciteta i pokrivaju toplotne gubitke do određene tempertature vazduha-toplotnog izvora. U slučaju nižih temperatura mora postajati dodatni izvor zagrevanja. Mnoge toplotne pumpe mogu leti raditi u režimu hlađenja. U režimu hlađenja spoljni krug postaje kondenzator (kondenzacija pare) a untrašnji krug preuzima ulogu isparivača (isparavanje sredstva rashladnog sredstva). Kod ovih toplotnih pumpi postoji tkz. „reversni ventil“ koji usmerava tok sredstva za hlađenje u zavisnosti od režima rada ili temperature prostorije.

Slika 6.17 Jednostepena toplotna pumpa sa kompresijom pare Figure 6.17 One-stage vapour compression heat pump

6.8.2 Energetska analiza ciklusa toplotne pumpe sa kompresijom pare Energy analysis of vapour compresion heat pump cycle Na Slici 6.17 prikazana je toplotna pumpa sa kompresijom pare, osnovne jedinice i odgovarajući Ts dijagram. Energetska analiza analogna je analizi kod 403

sistema za hlađenje. Predpostavlja se da su procesi stacionarni i da su promene kinetičke i potencijalne energije u svakom pojedinačnom procesu zanemarljive. Kroz sve pojedinačne uređaje protiče rashladno sresdtvo datog masenog protoka. Energetski bilansi za odgovarajuće jedinici su: Kompresor •

•

W = m( h2 − h1 )

(6.51)

Kondenzator •

•

QT = m( h2 − h3 )

(6.52)

h3 = h4

(6.53)

Ekspanzioni ventil

Isparivač •

•

QH = m( h1 − h4 )

(6.54)

Energetski bilans za ceo sistem •

•

•

W + Q H = QT

(6.55)

Odgovarajući koeficijent grejanja je (6.56) Maksimalni koeficijenti grejanja dobili bi se u u slučaju idealnog Carnovog ciklusa. Za ovaj ciklus može se napisati •

Q H = TH ∆S •

Q T = TT ∆S 404

odakle sledi (6.57) Imajući gornju jednačinu uvidu, lako se može izračuniti koeficijnti grejanja idealne toplotne pumpe za različite temperature izvora i ponora (Tabela 6.6). Tabela 6.6 Koeficijent grejanja kod idealnog Carnot-ovog ciklusa Table 6.6 Coefficient of performance of ideal Carnot cycle tH [0C] -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 100

6.9

0 6,8 9,0 13,6 27,3 -

10 5,7 7,0 9,4 14,1 28,3 -

20 4,9 5,8 7,3 9,8 14,6 29,3 -

30 4,3 5,0 6,1 7,6 10,1 15,1 30,3 -

tT [0C] 40 3,9 4,5 5,2 6,3 7,8 10,4 15,6 31,3 -

50 3,6 4,0 4,6 5,4 6,5 8,1 10,8 16,1 33,3 -

70 3.1 3.4 3.8 4.2 4.9 5.7 6.9 8.6 11.4 17.1 34.3 -

100 2.7 2.9 3.1 3.4 3.7 4.1 4.7 5.3 6.2 7.5 9.3 12.4 -

120 2.5 2.7 2.9 3.2 3.5 3.8 4.2 4.8 5.5 6.4 7.7 9.6 38.3

Komprimovani vazduh Compressed air

Komprimovani vazduh se koristi u različitim operacijama kao što su aeracija, transport, pneumatska kontrola. Ukupni operativni troškovi komprimovanog vazduha su četiri do pet puta veći od troškova električne energije potrebne za proizvodnju komprimovanog vazduha. Mogućnosti uštede kod kompresora kao i sistema za kompresiju vaz­ duha mogu biti 20 do 50% od energije koju sistem troši (Mull, 2001). Glavne komponente sistema za komprimovani vazduh su: • Kompresor • Liniju za distribuciju vazduha • Rezervoar za skladištenje vazduha • Jedinica za sušenje i prečišćavanje vazduha. Sistem može da sadrži više kompresora. Da bi se obezbedile promenljive potrebe za vazduhom deo sistema je obično i rezervoar vazduha. Ako to proces 405

zahteva (kao što je prehrambena industrija) dodatno se dodaju filtri i jedinice za odvlaživanje vazduha. Postoje dva tipa vazdušna kompresora: • Volumetrijski kompresori Princip rada ovih kompresora sastoji se u tome da se povećanje pritiska vazduha postiže smanjivanjem zapremine, pomoću raznih konstrukcionih rešenja. Na ovom primcipu rade klipni i rotacioni kompresori. • Dinamički kompresori Kod ovih kompresora vazduh se komprimuje konvertovanjem dinamičke energije u statički pritisak. Primer su turbokompresori i ejektori. Šema tipičnog sistema za kompresiju vazduha data je na Slici 6.18.

Slika 6.18 Šema tipičnog sistema za kompresiju vazduha Figure 6.18 Schemaic view of a typical compressed air system

Centrifugalni kompresori obično imaju veliki kapacitet, od 30 do 850 m3/min pri opsegu pritiska od 690 do 860 kPa (Wang, 2009). Rezervoari za skladištenje komprimovanog vazduha su velike zapremine i služe za snabdevanje komprimo­ vanog vazduha potrošača kada to izlazni kapacitet kompresora ne omogućava. Karakteristika komprimovanog vazduh je kvalitet vazduha, količina i nivo pritiska. Kvalitet vazduha određuje zahtevani stepen suvoće i kontaminarinosti krajnjeg korisnika. Očekivani pikovi zahteva regulišu se rezervoarom za komprimovani vazduh. Rešenje predimenzionisanog kompresora je krajnje nefeikasno. Naime, delimično opterećeni kompresori koriste više energije po jedinici zapremine. 6.9.1 Izvori gubitaka Sources of losses Kod sistema za kompresiju vazduha mogući izvori gubitaka su: • Delimično opterećenost kompresora • Curenja vazduha • Neodgovarajući pritisak i pad pritiska. 406

Delimična opterećenost kompresora bitno smanjuje energetsku efikasnost kompresora. Mogućnosti za uštedu energije mogu poticati: • Od samog kompresora • Sistema za distribuciju komprimovanog vazduha i • Jedinica koje koriste komprimovani vazduh. Ušteda energije, generalno može se postići • Instalisanjem visokoefikasnih kompresora • Smanjivanjem ulazne temperature vazduha u kompresor korišćenjem spoljneg vazduha • Otklanjanjem curenja vazduha u distribucionom sistemu • Smanjivanjem pritiska komprimovanog vazduha 6.9.2 Mogućnosti uštede Energy reduction possibilities Ugradnja visokoefikasnih motora Većinu kompresora rade na struju. Treba imati u vidu da se kod električnih motora korišćena električna energija ne može kompletno konvertovati u mehanički rad. Odnos između proizvedene mehaničke snage i potrošene električ­ ne snage predstavlja efikasnost motora. Efikasnost motora kreće se između 70% i 90%. Moguće uštede, pri zameni postojećeg motora sa efikasnijim, može se izračunati iz sledećeg izraza (Wang. 2009)

100 100  S = P × L×C × N ×  − η η2   1 gde su: P L C N η1, η2

(6.58)

snaga motora, kW procenat opterećenosti cena električne energije, RSD/kWh očekivani vek rada, h efikasnost postojećeg i visokoefikasnog motora, respektivno

Otklanjanje curenja vazduha Ovi gubici su najveći pojedinačni gubici kod sistema sa kompresijom vazduha. Gubici se obično iznose 25% od outputa industrijskog sistema za kompresiju pare (Terrell, 1999). Potpuno uklanjanje curenja je nepraktično. Iznos curenja do 10% je prihvatljiv u praksi (Cerci, 1995). Treba napomenuti da cena curenja komprimovanog vazduha raste eksponencijalnosa porastom prečnikom otvora curenja.

407

Smanjivanje pritiska komprimovanog vazduha Veza između brzine rada motora i pritiska data jednačinom 2

P2  RPM 2  = P1  RPM 1 

(6.59)

2

W2  RPM 2  = W1  RPM 1 

(6.60)

U gornjim jednačinam P, RPM i W predstavljaju pritisak, broj obrtaja i električnu snagu, respektivno. Iz jednačina (6.59 i 6.60) se vidi da male promenebroja obrtaja motora rezultuju u velikoj promeni pritiska i velikoj promeni u potrošnji energije. Smanjivanje ulazne temperature vazduha Tokom svog rada u kompresoru se generiše toplotna energija što dovodi do povišenja temperature vazduha. Viša temperatura ulaznog vazduha rezultuje u višoj izlaznoj temperaturi. Ovo nameće potrebu korišćenje što niže tem­pe­ rature. Korišćenje spoljnog vazduha može smanjiti potrošnju energije. Snaga kompresora proprcionalna je apsolutnoj temperaturi izlaznog vazduha (Mull, 2001)

W2 T2 = W1 T1

(6.61)

Kod višestepenih kompresora može se vršiti hlađenje vazduha između stepena kompresora što dovodi do povećanje gustine vazduha i smanjivanja potrebne snage. Rekuperacija otpadne toplote Pri kompresiji vazduha dolazi do generisanja značajne količine toplotne energije. Oko 80% energije, utrošene na kompresiju vazduha biva akumulisana u vidu toplotne energije u krajnjem komprimovanom vazduhu. 6.10

Sistemi za osvetljenje Light systems

Uloga industrijskih sistema za osvetljenje je obezbeđivanje odgovorajućeg nivoa osvetljenja kao i obezbeđivanja pozitivnog osećaja u prostorijama za rad.

408

Energija potrebna za osvetljenje troši sijalica. Iz tog razloga limitirajaći faktor u efikasnosti sistema za osvetljavanje predstavljaja upravo sijalica. Po pravilu, pri poboljšanju efikasnosti sistema za osvetljavanje prvo na šta treba obratiti pažnju su sijalice. Kompletan izvor osvetljenja predstavlja armatura, iluminator i difuzer ili sočivo. Uloga difuzera ili sočiva je prventsveno u kontroli i raspodeli svetla iz sijalice. 6.10.1 Efikasnost Efficiency Udeo električne energije koja se konvertuje u svetlost naziva se „lumen efikasnost“ ili kraće „efikasnost“. Jedinica ovako definisane efikasnosti je lumen/wat. U odnosu na standardu definiciju efikasnosti, jedina razlika je u jedinicama. U zavisnosti od tipa sijalice, efikasnost se znatno razlikuju. Teoretski maksimum je 220 lumena/wat. Savremeni izvori osvetljenja približavaju se ovoj granici. Treba napomenuti da za sve tipove sijalica postoji jaka korelacija između efikasnosti i veličine. Više vrednosti za efikasnost imaju veće sijalice i obrnuto. 6.10.2 Svetlosni izvori Light sources Svu svetlost koje vidimo predstavlja zračenje u vidljivom delu spektra. Prelaskom sa višeg na niži energetski nivo elektroni oslobađaju energiju zračenjem. Deo ovog zračenja je u vidljivom delu spektra i predstavlja svetlost. Prema tome, u cilju dobijanja svetlosnog izvora neophodno je povećati energiju elektrona. Na ovome se zasniva princip rada svih svetlosnih izvora: sijalice sa usijanom izvorom, fluoroscenta sijalica i LED sijalica. Postoje mnogi načini da se poveća energija elektrona. Kod tri glavna svetlostna izvora (sijalice sa usijanim izvorom, fluoroscentni i LED svetlosni izvori) elektroni se ekscitiraju kolizijom. U cilju dobijanja što efikasnijeg svetlostnog izvora, zračenje koje daje svetlosni izvor treba da je što više u vidljivom delu spektra. Postoje svetlosni izvori kod kojih je većina zračenja u vidljivom delu spektra, kao i svetlosni izvori gde je samo meli deo zračenja u vidljivom delu spektra. 6.10.3 Mogućnodti za uštedu Energy reduction opportunities 1. Nekorišćeni prostori su osvetljeni Osvetljenje treba da se koristi samo gde i kada je to potrebno. Treba koristiti upozorenja da se svetla gase tamo gde više za to nema potrebe. Isto tako proces rada treba organizovati tako da se nepotrebno osvetljenje ne koristi; krug osvetljenja ako treba prepovezati tako da jedan pre409

kidač ne kontroliše veliku površinu. Koristiti timer ili foto-električnu kon­ trolu da se osvetljenje ne koristi. 2. Nivo osvetljenosti prelazi predviđeni standard Ovo predstavlja nepotreban, dodatan trošak. Nepotrebne sijalice treba isključiti, pri dovoljnom dnevnom osvetljenju ne trebe ih koristiti. Ako je potrebno sijalice treba promenuti sa slabijima. Ovom merom moguće su uštede od 30 do 70% kod prostorija gde je izvršena redukcija nivoa osvetljenosti. 3. Efikasnost sijalice Pri projektovanju novih sistema za osvetljenje ili modifikaciiji postojećih, prednost treba dati najefikasnijim izvorima svetlosti koji omogućuju datu iluminaciju. U mnogim slučajevima zamena starih neefikasnih sijalica sa novim efikasnijim rezultuje u boljem osvetljenju i nižim troškovima. 4. Ugradnja reflektora u postojeću armaturu 5. Dizajn sistema za osvetljavanje Projektovati sistem osvetljenje tako da je u skladu sa datim aktivnostima u svakoj pojedinoj prostoriji. 6. Izvori osvetljenja su prljavi Zaprljanost sijalica ili luminatora značajno može da smanji nivo osvetljenja. Treba proveriti i po potrebi očistiti svetla i armaturu u cilju odgovarajuće osvetljenosti prostorija. 7. Zidovi i okolne površine. Prljavi i tamni zidovi i okolne površine ne re­ flek­tuju svetlost što znatno smanjuje nivo osvetljenosti prostorija. 6.11

Toplotni razmenjivači Heat exchangers

Kod toplotnih izmenjivača postoje dve struje: grejna i grejana. Grejna se nalazi na višoj temperaturi i predaje toplotu grejanoj koja je na nižoj temperaturi. Struje su obično razdvojene zidom kroz koju se vrši prenos toplote. Toplotni razmenjivač cev u cevi Razmenjivačl se sastoji od dve cevi, jedna od njih smeštena je u drugoj. Jedan fluid struji kroz unutrašnju cev a drugi kroz anularni prostor spoljne cevi. Toplotni razmenjivač sa snopom cevi Ovaj toplotni razmenjivač sastoji se od snopa cevi. Pločasti razmenjivač toplote Ovaj toplotni razmenjivač sastoji se od niza paralelnih, blisko postavljenih smeštenih u okvir. Kapacitet pločastih razmenjivača se može podešavati dodavanjem ili oduzimanjem ploča u okvir. Tok grejne i grejane struje može biti paralelan ili protivstrujni. Pločasti razmenjivači mogu se koristiti za grejanje i hlađenje u prehrambenoj, hemijskoj i farmaceutskoj industriji zbog veliki termičke efikasnosti, fleksibilnosti i lakog čišćenja. 410

Orebreni toplotni izmenjivači Glavna prednost rebrastog toplotnog razmenjivača je prevencija zaprljanja površina razmenjivača. Koeficijenat prelaza toplote U toplotnom razmenjivaču, toplota sa grejnog fluida prelazi na zid konvekcijom, kroz zid toplota prolazi kodukcijom i konačno sa zida na grejani fluid konvekcijom. Toplotni fluks konvekcijom dat je donjim izrazom

Q = αA∆t

(6.62)

gde su: Q toplotni fluks, W/m2 sa grejnog fluida na zid ili sa zida na grejani fluid, α koeficijent prelaza toplote, W/m20C A površina zida, m2 Δt temperaturna razlika, 0C fluid – zid (u slučaju prelaza toplote sa grejnog fluida na zid) zid – fluid (u slučaju prelaza toplote sa zida na grejani fluid) U Tabeli 6.6 dati su primeri nekih vrednosti koeficijenata prelaza. Tabela 6.6 Primeri koeficijenata prelaza toplote Table 6.6 Examples of heat transfer coefficients (Singh, 2001) Fluid

Koeficijent prelaza toplote, α [W/m20C]

Prirodna konvekcija vazduha

5 – 25

Prinudna konvekcija vazduha

10 – 200

Prirodna konvekcija vode

20 – 100

Prinudna konvekcija vode

50 – 10.000

Ključanje vode

3.000 – 100.000

Kondenzacija vodene pare

5.000 – 100.000

Temperaturna razlika Količina toplote koja se prenosi između fluida koji prolazi kroz toplotni razmenjivač je funkcija temperaturne razlike između grejnog i grejanog fluida. Ova temperaturna razlika se menja u toplotnom izmenjivaču. Efektivna temperaturna razlika je srednja logaritamska razlika, ΔTLMTD (6.63)



411

gde su Tt1 temperatura toplog fluida na kraju 1 toplotnog izmenjivača Tt2 temperatura toplog fluida na kraju 2 toplotnog izmenjivača Th1 temperatura hladnog fluida na kraju 1 toplotnog izmenjivača Th2 temperatura hladnog fluida na kraju 1 toplotnog izmenjivača 6.11.1 Toplotni bilans u toplotnom razmenjivaču Heat balance of heat exchangers Toplota koju predaje topli-grejni fluid prima hladni-grejani fluid. Toplotni fluks koju predaje topli-grejni fluid •

Q = m t c p ,t ( T1,t − T2 ,t )

(6.64)



jednaka je toplotnom fluks koju prima hladni-grejani fluid •

Q = m h c p ,h ( T2 ,h − T1,h )



(6.65)

odnosno toplotnom fluksu koja se prolazi kroz zid sa toplog na hladni fluid

Q = KAΔTLMTD

(6.66)

6.11.2 Efekisnost toplotnih izmenjivača Heat exchanger efficiency Efikasnost toplotnih izmenjivača predstavlja odnos između količine prenete toplote i maksimalno moguće prenete toplote u slučaju toplotnog razmenjivača sa beskonačnom površinom za razmenu.

(6.67)

U slučaju beskonačne površine za razmenu, izlaznom temperatura hladnog fluida bi se približila ulaznoj temperaturi toplog fluida, dok bi izlazna temperatura toplog fluida približila ulaznoj temperaturi hladnog fluida. Toplotni razme­ njivači tečnost-tečnost obično rade sa efikasnošću od 75%. Znajući efikasnost toplotnog izmenjivača, izlazna temeratura toplog ili hlad­ nog toka može se predvideti. Stvarno toplotno opterećenje može se izračunati pomoću izraza 412



(6.68)

Temperature toplog i hladnog fluida mogu se odrediti iz donjih izraza (6.69) (6.70)

6.11.3 Mogućnosti za uštedu Energy reduction opportunities



1. Intenziviranje razmene toplote Razmena toplote kod toplotnih razmenjivača mogu se intenzivirati pasivnim ili aktivnim metodama. Pasivne tehnike mogu biti grube površine a aktivnie tehnikama mogu biti mehanička agitacija, vibracija površina ili vibracija fluida. 2. Otklanjanje dominantnog otpora prenosu toplote Limitirajući prenos toplote može biti prenos toplote konvekcijom sa toplog fluida na zid ili sa zida na hladni fluid. Dominantni otpor može biti i prenos toplote kondukcijom kroz zid. Otklanjanje dominantnog otpora mogu se poboljšati efikasnost toplotnih razmenjivača. 3. Otklanjanje zaprljanosti razmenjivača toplote Svaka zaprljanost površina za razmenu predstavlja dodatni otpor prenosu toplote. Otklanjanje zaprljanosti vraća prvobitnu efikasnost razmenjivača. 4. Optimalni dizajn toplotnog razmenjivača 5. Integracijom struja toplotnih razmenjivča u sistemu dovodi do do dodatne uštede. 6.12

Sušenje Drying

6.12.1 Osnovne definicije Basic definitions Pod sušenjem se obično podrazumeva uklanjanje tečnosti iz vlažnog materijala – čvrste faze pomoću isparavanja. Pri tome mehaničko uklanjanje tečnosti iz čvrste faze se ne smatra sušenjem. Treba istaći da mehaničko uklanjanje tečnosti je ekonomičnije jer je potrošnja energije daleko manja nego korišćenjem toplotne energije. 413

Vlažan materijal može da miruje, može se kretati ili biti fluidizovan. Kod vlažnog materijala koji miruje nema relativnog kretanja čvrstih čestica, Moguće je relativno kretanja čvrstih čestica koje se suše, kretanje jedne preko druge. Obično je ovo kretanje na dole usled dejstva sile gravitacije ali može biti kretanje i na gore. U fluidizovanom sloju čvrste čestice se nalaze u gasovitoj fazi koja se kreće na gore. Brzina gasa u fluidizovanom sloju nije dovoljna da se čvrsta faza kontinualno transportuje kroz uređaj. Čestice se kontinualno kreću na gore i vraćaju na dole. Ovo omogućava pomešanost gasovite i čvrste faze i veliku površinu za razmenu. Čvrsta faza može biti i potpuno dispergovana u gasovitu. Ovo su uslovi kada su čvrste čestice toliko razdvojene da nemaju uticaj jedne na drugu. U odnosu na čvrstu fazu tok gasa može biti paralelan, normalan ili strujanje kroz čvrstu fazu. Kod paralelnog toka pravac strujanja gasa je paralelna u odnosu na površinu čvrste faze. Kod normalnog toka pravac strujanja gasa normalan je u odnosu na površinu čvrste faze, dok je kod strujanja jroz čvrstu fazu slučaj kada gasstruji kroz međuprostor čvrste faze, prolazeći slobodno oko individualnih čestica. Pri ovakvom načinu strujanja, čvrsta faza može da miruje, da se kreće ili se radi o fluidizovanom ili je čvrsta faza potpuno dispergovana u gasovitu. U odnosu na tok kretanja gasovite i čvrste faze razlikujemo: Istostrujni, pro­ tivstrujni i unakrsni tok. Sušenje se obično vrši vazduhom. Međutim sušenje se može vršiti i drugim gasom, kao što je pregrejana para. Iz tog razloga u najširem smislu kod sušenja govorimo o vlažnom materijalu i gasu. Osobine vazduha za sušenja Kada je gas vazduh, osobine važne za sušenje su temperatura i vlažnost. Pomoću vazduha se obično vrši prenos toplote na vlažan materijal, u cilju ispa­ ravanja vlage, i pomoću vazduha se uklanja isparena vlaga. U bilo kom procesu sušenja, pri dovođenju odgovarajuće količine toplote, brzina pri kojem dolazi do isparavanja zavisiće od temperature i koncentracije pare u okolnoj atmosferi. Apsolutna vlažnost vazduha. Ovo predstavlja količine vlage koju sadrži kubni metar vlažnog vazduha. Najčešća jedinica gvlage/m3vlažnog vazduha. Sadržaj vlage vazduha. Predstavlja masu vlage po masi suvog vazduha. (6.71) Maksimalna vlažnost vazduha. Sadržaj vlage koje vazduh može da primi pri datoj temperaturi. Sva vlaga preko toga se kondenzuje. Relativna vlažnost vazduha. Predstavlja odnos između date i maksimalne vlažnosti vazduha na datoj temperaturi. Izraženo preko sadržaja vlage vazduha: 414

(6.72) Kod potpuno suvog vazduha relativno vlažnost jednaka je nuli, dok je zasićenog vazduha (maksimalna vlažnost) relativna vlažnost jednaka jedinici. 6.12.2 Vlaga u vlažnom materijalu Moisture in wet material Vlaga u vlažnom materijalu može biti vezana i slobodna. Pod vezanom vodom smatramo vodu koja koja ima napon pare manji od napona pare čiste voda na datoj temperaturi. Voda može biti, zadržana u malim kapilarima, prisutna kao rastvor u ćelijama ili zidovima vlakana, homogen rastvor u čvrstoj fazi, vezana hemijskom i fizičkom adsorpcijom na površini čvrste faze. Sadržaj vlage vlažnog materijala. Sadržaj vlage vlažnog materijala predstavlja odnosu između mase vlage i mase suvog materijalakg vlage. Odnosno kgvlage/kgsuvog materijala. Pri ovome treba imati u vidu da se posmatra prosečni sadržaj vlage u vlažnom materijalu. (6.73) Ravnotežni sadržaj vlage. Pri datim uslovima temperature i vlažnosti okolnog vazduha dati vlažan materijal ima svoj graničan sadržaj vlage do kojeg se vlažni materijal može osušiti, pod datim uslovima temperature i vlažnosti vazduha. Ovo treba imati na umu kada se vrši sušenje. Sušenjem se može vlažan materijal osušiti do niže vrednosti sadržaja vlage od ravnotežne, ali će se nakon završetka sušenja vremenom ponovo uspostaviti ravnotežni sadržaj vlage. Tačka zasićenosti vlakana. Sadržaj vlage celularnih materijala (npr. drvo) pri kojem su zidovi ćelija kompletno zasićeni pri čemu praznine nisu ispunjene vlagom. Pri procesu sušenja istovremena se odvijaju dva procesa: 1. Prenos toplote na vlažan materijal potrebne za isparavanja vode i 2. Prenos mase tečnosti ili pare kroz vlažan materijal i pare sa površine. Faktori koji utiču na brzinu ovih procesa određuju i brzinu sušenja. Kod industrijskih sušnica toplota se može prenositi kovekcijom, kondukcijom, zračenjem ili njihovom kombinacijom. Bez obzira na način prenosa, toplota se prvo prenosi na spoljnu površinu a zatim u unutrašnjost vlažnog materijala. Izuzetak su dielektrično i mikrotalasno sušenje. Prenos mase vode ili pare, vrši se kroz vlažan material, a zatim kao para pre­ nosi se sa površine vlažnog materijala. Kretanje kroz vlažan materijal posledica 415

je postojanja gradijenta koncentracije, koji zavisi od prirode materijala koji se suši. Glavni spoljni uslovi u bilo kom procesu sušenja su: temperature, vlažnosti, tok vazduha, površina za razmenu vlažnog materijala, itd. 6.12.3 Periodi sušenja Drying periods Period rasta brzine sušenja. Proces sušenja započinje grejanjem vlažnog materijala. Potrebno je vreme dok se celokupan vlažan materijal zagreje i da se uspostavi ravnoteža između toka vlage na površinu i odvođenju pare u okolni vazduh. Do uspostavljanja ravnoteže brzina sušenja raste. Period konstantne brzine sušenja. Period sušenja tokom kojeg je uklanjanje vode po jedinici površine za sušenje konstantna. U ovom periodu sušenja postoji ravnoteža između uklonjene isparene vlage i transport vlage iz vlažnog materijala. Period opadajuće brzine sušenja. Period sušenja gde brzina sušenja kontinualno opada. Količina vlage koja se doprema iz vlažnog materijala je manja od moguće brzine uklanjanja pare u okolni vazduh. Rezultat sve manja brzina sušenja. Celokupna površina se ne može više održavati zasićenom kretanjem vlage iz vlažnog materijala. Brzina sušenja opada srazmerno nezasićenosti površine vlagom. Tačka u kojoj se period konstantne brzine sušenja završava se naziva tačka sa kritičnim sadržajem vlage. Nakon ove tačke celokupna površina izložena sušenju je nezasićena vlagom. Brzina sušenja opada jer kretannje vlage kroz vlažan materijal određuje brzinu sušenja. Periodi sušenja prikazani su na Slici 6.19.

Slika 6.19 Brzina sušenja u funkciji vremena Figure 6.19 Drying rate as a function of time 416

Kritičan sadržaj vlage. Prosečan sadržaj vlage kada se period konstantne brzine sušenja završava. Ovaj podatak je veoma važan. Da bi mogli da predvidimo vreme sušenja neophodno je znati vrednost kritičnog sadržaja vlage. Naj­ pouzdaniji način dobijanja ove vrednosti je eksperiment. U slučaju kada ekspe­ riment nije izvodljiv vrši se procena vrednosti kritičnog sadržaja vlage. U litera­ turi se mogu naći odgovarajući podaci. Treba imati u vidu da su ove vrednosti aproksimativne i da ove podatke moramo koristiti sa oprezom. Uvek moramo imati na umu da kritičan sadržaj zavisi od istorije sušenja tj. od konkretne situa­ cije. Kritičan adržaj vlage predstavlja prosečnu vlažnost u celom vlažnom ma­te­ rijalu. Njegova vrednost zavisi od brzine sušenja, debljine materijala, i faktora koji utiču na kretanje vlage kroz čvrst vlažan materijal. Može se zaključiti da kri­tičan sadržaj vlage raste sa rastom brzine sušenja i debljinom vlažnog materijala koji se suši. Ravnotežni sadržaj vlage Pri sušenju čvrstog vlažnog materijala treba praviti razliku između higroskonih i nehigroskopnih materijala. Kod sušenja higroskopnih materijala vazdu­ hom konstantne temperature i vlažnosti posle određenog vremena vlažan ma­ terijal dostiže ravnotežni sadržaj vlage za date uslove. Ravnotežna vlaga može biti apsorbovana kao površinski film ili kondenzovana u finim kapilarima čvrstog materijala. Pri nižim temperaturama, 15 to 50°C, ravnotežni sadržaj vlage je praktično nezavisan od temperature. Pri nultoj vlažnost ravnotežni sadržaj vlage svih materijala jednak je nuli. Ravnotežni sadržaj vlage u velikoj meri zavi­ si od prirode materijala. Za neporozne, nehigroskopne materijale, ravnotežni sadržaj vlage pri svim temperaturama jednak je nuli. Određivanje ravnotežnog sadržaja vlage je veoma bitno jer sušenje matrijala ispod ovog nivoa je nepotrebno trošenje energije. Ukupno vreme sušenja Ukupno vreme sušenja predstavlja zbir konstantnog perioda sušenja I sušenja sa opadajućom brzinom sušenja. 6.12.4 Bilans mase Mass balance Pri prolasku toplog vazduha kroz vlažan materijal para iz vlažnog materijala prelazi u okolni topli vazduh i povećava im se sadržaj vlage.

(6.74)

gde su:

maseni protok suvog vazduha

417

maseni protok vlažnog materijala na ulazu i izlazu iz sušnice, respektivno

H v ,1 , H v ,2

sadržaj vlage vlažnog vazduha na ulazu i izlazu iz sušnice, respektivno

Masa uklonjene vlage jednaka je (6.75)

Dok je potrebnog količina suvog vazduha

(6.76) odnosno vlažnog ulaznog vazduha

(6.77)

6.12.5 Bilans energije Energy balance

Na osnovu Prvog zakona termodinamike za protočni stacionarni sistem mo­ žemo napisati (6.78) gde je hV,1 entalpija vazduha za sušenje na ulazu a hV,2 entalpija vazduha za sušenje na izlazu računate po kg suvog vazduha dok su hVM,1 i hVM,2 entalpija vlažnog materijala na ulazu i izlazu iz sušnice. Potrebna količina toplote koju treba dovesti •

•

Q dov = mV ( hV ,1 −hV ,2 )

(6.79)

odnosno odnosno

418

(6.80)

•

•

•

Q dov =Q dov ,id + Q gub

(6.81)



6.12.6 Mere efikasnosti procesa sušenja Efficiency of the drying process 1. Jedna od mera efikasnosti sušenja je količnik između minimalne potrebne količine toplotne energije i stvarne potrebne količine toplotne energije. (6.82) 2. Drugi korisni pokazatelj kod sušenja vazduhom, kao što je npr. sprej sušnica, dobija se preko toplotnog bilansa. Ovde se vrši upoređivanje adijabatske i stvarne sušnice. Pod adijabatskom sušnicom podrazumeva se sušnica gde nema razmene toplote između sušnice i okoline tako da se upo­ ređuje minimalna i stvarno razmenjena toplota.

η1 =

Qstv T1 − T2 = Qad T1 − T0

(6.83)

gde su: T1 ulazna (niža) temperature T2 izlazna (viša) temperature To temperature okoline 6.12.7 Mogućnosti za uštedu energije Energy reduction opprtunities 1. Izbor efikasnije opreme za sušenje 2. Prilikom energetske analize izvršiti kompletan bilans a ne samo sušnice 3. Izvideti mogućnost rekuperacije toplotne energije odnosno iskorišćenje otpadne toplote. 6.13

Uparavanje Evaporation

Uparavanje je najčešći način uklanjanja vode iz vodenog rastvora. Osnovni faktori koji utiču na brzinu isparavanja su: • brzina prenosa toplote na rastvor, • količina toplote potrebna za uparavanje za 1 kg vode, • maksimalna dozvoljena temperatura rastvora, 419

• pritisak uparavanja i • moguće promene/degradacija rastvorene supstance tokom uparavanja. Uparivač se može smatrati toplotnim razmenjivačem uz dodatnu funkciju odvođenja isparene vode. U procesu uparavanja trebaimati u vidu • da se viskozitet rastvora tokom procesa uparavanja stalno povećava, • u cilju sprečavanja lokalnog pregrevanja treba obezbediti dobru cirkulaciju preko površine za toplotnu razmenu i • u nekim slučajevima može doći do pojave pene, što otežava proces razdvajanja parne i tečne faze. 6.13.1 Jedostepeni uparivač Single stage evaporator

Slika 6.20 Šematski prikaz jednostepeni uparivač Figure 6.20 Schematic diagram of single stage evaporator

Tipični uparivač sastoji se od tri osnovne komponente: 1. toplotni razmenjivač 2. jedinica za uparavanje ovde tečnost ključa i isparava i 3. separatora ovde para napušta sistem, odlazi u kondenzator ili drugi uređaj.

420

Kod mnogih uparivača ove tri funcije objedinjene su u jednoj velikoj cilindričnoj posudi. U toplotnom izmenjivaču uparivača, para se kondenzuje, toplota se prenosi na tečni rastvor koji ključa i isparava. Isparavanjem rastvor postaje sve gušći što rezultuje u povišenju tačke ključanja. Povišenje tačke ključanja smanjuje temperaturnu razliku između pare i rastvora, što rezultje u padu tolotnog fluksa. Sa povećanjem gustine raste i viskozitet, što smanjuje intenzitet cirkulacije i dodatno smanjuje količinu prenete toplote. Vakum uparivači Kod sistema koji su osteljivi na visoke temperature, odnosno gde temperature moraju biti daleko ispod 1000C, prihvatljivo rešenje je rad pod vakumom, gde će temperatura ključanja biti niža. Prenos toplote u uparivačima Kao najpogodniji izvor toplote je para koja kondenzuje. Ovim se obezbeđuje velika količina toplotne energije pri kostantnoj temperaturi. Para se obezbeđuje direktno iz kotla ili može poticati iz prethodne uparivačke jedinice. Direktno zagrevanje, sagorevanjem goriva se izbegava zbog opasnosti lokalnog pregrevanja. U pojednim slučajevima umesto pare, ako je temperatura pare visoka, može se koristiti vrela voda. Kondenzatori U kondenzatorima se kondenzuje isparena para. Kada se radi pod smanjenim pritiskom nakon kondenzatora stavlja se vakuum pumpa. Prenos toplote Toplotni fluks koji se prenosi pare, temperature TP kroz zid razmenjivača na rastvor temperature, TR dat je sledećim izrazom Q1 = KA(Tp – TR)

(6.84)

Ovaj toplotni fluks dobijen je kondenzacijom pare Q 2 = mpΔHkond

(6.85)

Preneta toplota rastvoru odlazi na isparavanje vode Q3 = mRΔHisp

(6.86)

U idealnom slučaju, bez toplotnih gubitaka ove tri toplote su jednake Q1 = Q2 = Q3

(6.87)

421

U realnom slučaju dolazi do stalnog povišenja temperature ključanja zbog sve gušćeg rastvora. Temperatura pare tokom procesa uparavanja ostaje kostantna a temperatura rastvora raste. 6.13.2 Višestepeni uparivači Multiple effect evaporation Treba imati u vidu da je uparivač, pored funkcije ugušćivanja odnosno uklanjanja tečnosti ujedno i generator pare koja se dalje može koristiti u procesu. Proces uparavanja može se raspodeliti u više uparivača. Nakon delimičnog uparavanja u prvom uparivaču, upareni rastvor odlzi u drugi, sledeći uparivač gde bi se uparavanje vršilo pomoću pare koja se generisala u prvom uparivaču. U drugom uparvač, da bi došlo do klučanja rastvora, pritisak mora biti manji nego u prvom. Inače temperatura pare, nastala uparavanjem ne bi mogla da obezbedi prenos toplote. Para koja ulazi u toplotni razmenjivač drugog uparivača kondenzuje se. Oslobođena toplota se prenosi na rastvor koji ključa i isparava jer je na nižem pritisku. Na Slici 6.21 prikazan je izgled dvostepenog uparivača.

Slika 6.21 Dvostepeni uparivač Figure 6.21 Two-stage evaporator

Ako pretpostavimo da 1. oba uparivača imaju iste površine za razmenu toplote 2. ne dolazi do povišenja tačke ključanja 3. nema toplotnih gubitaka

422

tada možemo napisati za prvi otparivač Q1 = K1A1 ΔT1

(6.88)

Q2 = K2A2 ΔT2

(6.89)

za drugi

Ako uparivače rade u stacionarnom režimu, tada sva para nastala u prvom uparivaču se kondenzuje i ovaka nastala toplotna energija odlazi na isparavanje rastvora u drugom uparivaču. Odnosno važi Q1 = Q2

(6.90)

Prednost višestepenog uparavanja Kod višestepenog uparavanja, dobijena toplota energije pare se ponovo koristi. Tako da je jedina dovedena toplotna energija ona koja se preko pare dovodi u prvi uparivač. Višestepeni uparivači zahtevaju manju količinu toplote, otprilike 1/n puta manju gde je n broj uparivača. Površina za razmenu, međutim mora biti n puta veća, što povećava investicione troškove. Sumarno, višestepeno uparavanje je ekonomičnije. Rekompresija pare Pored mogućnosti korišćenja pare jednog uparivača za uparavanje u sledećem uparivaču, postoji još jedan vid uštede, rekompresija pare i vraćanje u upa­rivač odakle je isparila. Kompresija se može vršiti pomoću sveže pare, u ejektorskoj pumpi, ili pomoću mehaničke kompresije. Dodatni troškovi su mehanička energija koja ode na kompresiju ali krajnji efekat je ušteda. Kod velikih uparivača vreme zadržavanja rastvora može biti veliko. Ovo može biti problem kod materijala osetljivih na toplotu. Korišćenje savremenih uparivača sa visokim protokom se može rešiti ovaj problem. Primer su dugi cevni uparivači ili pločasti uparivači sa padajućim filmom 6.14

Energetske rezerve procesa Energy reserves of the process

U tehnološkim procesima vrlo često postoji potreba za dovođenjem toplotne energije kao i potrebe za odvođenjem toplote na nivou celog tehnološkog procesa. Istovremene postoji čitav niz jedinica gde tehnologijsa zahteva zagrevanje odnosno hlađenja određenih struja. Postavlja se pitanje dali postoji bolji raspored (konfiguracija) struja unutar tehnološkog procesa da bi se potreba za dovođenjem odnosno odvođenjem minimizirala kao i koji su krajnji dometi (energetske rezerve) energetske uštede. 423

Pinch tehnologija, koja se bazira na termodinamičkim principima, daje odgovor na ova pitanja. Većina tehnoloških procesa su stacionarno protočnog tipa. Kod ovakvih sistema u jediničnim uređajima tehnološkog procesa vrlo često teku uz razmenu toplote, dovođenje ili odvođenje, što ima za posledicu promenu entalpije, odnosno

∆H = Q

(6.91)

U slučaju promene temperature struje (sistema), važi •

∆H = m cP ∆T

(6.92)

a u slučaju faznih transformacije, koji teku uz razmenu toplote bez promene temperature (6.93)



U gornjim jednačina, m , cP , su maseni protok struje, molarni kapacitet struje i latentna toplota procesa, respektivno. Gornja dva izraza mogu se prikazati jednom jednačinom •

(6.94)

gde važi razmena toplote praćena promenom temperature

razmena toplote bez promene temperature Izraz (6.94 ) se može napisati (6.95) Gornja jednačina (6.95) može se prikazati u T-H dijagramu, gde je za datu promenu temperature ΔT data odgovarajuća promena entalpije, ΔH. Pri čemu je nagib prave 1/CP. Imajući u vidu da nam je za analizu važna samo promena 424

entalpije, pravu u T-Hdijagramu, možemo slobodno pomerati levo ili desno u datom opsegu temperatura (Slika 6.22).

Slika 6.22 Promena entalpije procesa u T-H dijagram Figure 6,22 Enthalpy change of the process in the T-H diagram

Primer 6.7 Posmatrajmo jedan segment celog tehnološkog procesa. U toplotni izmenjivač uvodi se grejni fluid temperature 2500C, koji nakon predaje toplote grejanom medijumu, izlazi iz izmenjivača temperature 1100C. Šema procesa data je na Slici 6.23.

Slika 6.23 Primer procesa sa jednom hladnom i jednom toplom strujom Figure 6.23 An example of the process with one cold and one hot stream

U ovom procesu za zagrevanje tople struje (struja 1) treba dovesti toplotu

425

Istovremeno treba za hlađenje struje (struja 2) odvesti toplotu

Ukupnu energiju koju treba obezbediti za proces (dovođenje + odvođenje toplote) je

Qext = Qdov + Qodv Prikazani proces se, međutim može preurediti tako da se iskoriste i energetski potencijali samog procesa (Slika 6.24)

Slika 6.24 Šema procesa sa iskorišćenjem unutrašnjog potencijala energije Figure 6.24 Scheme of the process with use of energy reserve of the process

Sa Slike 6.24 se vidi da deo energije procesa, ΔHrek se može rekuperisati, što smanjuje potrebu za dovođenjem odnosno odvođenjem eksterne toplotne energije

Qdov ,rek = Qdov − ∆H rek Qodv ,rek = Qodv − ∆H rek 6.14.1 Kompozitna kriva Composite curve Ukoliko postoje dve ili više struje u procesu, koje se nalaze u istom temperaturnom opsegu, može se napraviti jedna prava koja ima isti temperaturni

426

opseg, ΔT, dok je entalpije rezultujuće prave, zbir pojedinačnih entalpija, ΔH = ΔH1+ ΔH2 (Sl. 6.25). Formirana prava se zove kompozitna kriva. Posmatrajuće sve tople struje u datom tehnološkom procesu, može se formirati odgovarajuća topla kompozitna kriva. Na analogan način formira se i hladna kompozitna kriva (Slika 6.25). Na Slici 6.25 razlikujemo tri oblasti: 1. Oblast gde se kompozitna topla i hladna struja preklapaju U ovoj oblasti nema potrebe za dovođenjem niti odvođenjem toplote izvan procesa (spoljne toplote). Svaka topla struja predaje toplotu hladnoj struji preko nekog uređaja u procesu 2. Desni deo hladne kompozitne krive, nepokriven toplom kompozitnom krivom Za nepokriveni deo treba dovesti toplotu iz nekog spoljneg izvora, Qdov 3. Levi deo tople kompozitne krive, nepokriven hladnom kompozitnom krivom Za nepokriveni deo treba obezbediti odvođenje toplote, Qodv

Slika 6.25 Formiranje kompozitne krive Figure 6.25 Copmosite curve construction 427

Postavlja se pitanje da li je moguće smanjiti potrebu za dovođenjem i odvođenjem toplote u datom tehnološkom procesu i koliki su granice energetske uštede. Prvo treba naći tačku u procesu koji daje minimalnu temperaturnu razliku u celom tehnološkom proccesu, ΔTmin. Ovu temperaturnu razliku možemo smanjivati, pri čemu treba da imamo u vidu da je prelaz toplote moguć samo sa više na nižu temperaturu. Teoretski minimalna temperaturna razlika je ΔTmin = 0. Pomeranjem hladne kompozitne krive ulevo možemo vršiti do tačke dodira (pinch) sa toplom kompozitnom krivom. Za ovakvu modifikovanu konfiguraciju uređaja datog tehnološkog procesa, dobijamo maksimalnu moguću rekuperisanu toplotu, odnosno entalpiju, ΔHmax,rek. U praksi, naravno minimalna temperaturna razlika će biti veća od nule. Podatak za ΔHmax,rek je, međutim važan, jer nam daje termodinamičku granicu energetske rezerve datog tehnološkog procesa.

Slika 6.26 Topla i hladna kompozitna kriva za dati tehnološki proces Figure 6.26 Hot and cold composite curve for a given technologz process

6.15

Poboljšanje energetske efikasnosti Improving energy efficiency

Poboljšanje energetske efikasnosti zasniva se na boljem upravljanju kao i nadgradnji uređaja u tehnološkom sistemu. Bilo koji energetski projekat započinje energetskom analizom. Ova analiza obično zahteva podatke dobijene nad­ zorom (auditom). Neophofna su nam znanja mogućnosti novih uređaja i tehno­ logija koja mogu zamenuti postojeća u cilju uštede energije. 428

Takođe je neophodno je uključiti i ekonomsku analizu. Predviđeni energetski projekat obično zahteva i kapitalna ulaganja. Energetski nadzor (Energy audit) Iskustva pokazuju da se bez,ili sa vrlo malu ulaganja ulaganja mogu postići uštede u potrošnji energije od 10 do 20%. Dalje uštede od 20 do 30% mogu se postići ulaganjima sa periodom otplate od dve godine, ili manje (Capehart, 2006). Pri ispitivanju mogućnosti uštede, prvi korak je energy audit (energetska analiza, pergled potrošnje energije ili ocena potrošnje energije). Energetskim auditom dobijamo uvid 1. Mestima gde se i kako konvertuje energija 2. Identifikacija mogućnosti za uštedu energije 3. Ocean ekonomske i tehničke opravdanosti predloženih mera uštede 4. Formulisanje prioriteta primene poboljšanja u cilju uštede energije Svaki energetski audit uspostavlja baza podataka vezanu za potrošnju ener­ gije koji predstavlja osnov za određivanje stepena napretka. Podaci treba da obuhvate • Troškovi potrošene energije • Šema celog procesa • Podatak o uređaja sa značajnom potrošnjom energije • Vreme rada svakog uređaja Poželjno je imati podatke za potrošenu električnu energiju najmanje godinu dana unazad pre početka samog audita. Pored troškova koji se odnose na sam tehnološki proces u obzir treba uzeti i troškove vezane za zagrevanja odnosno kondicioniranja zgrade. U okviru datog postrojenja, postoje devet glavnih sistema koje treba ispitati (Capehart, 2005): • Omotač zgrade • Sistem za grejanje, ventilaciju i klimatizaciju • Sistem za snabdevanje energije • Sistem za osvetljavanje • Motori • Kotao i system za raspodelu pare • Sistem za raspodelu tople vode • Sistem za raspodelu komprimovanog vazduha • Proizvodni sistem U slučaju nemogućnosti dobijanja kompletnih podataka, treba naći indirektne izvore kao što su priručnici i literature. Svaka mogućnost uštede energije se mora preispitati. Ako je tehnički izvodljiva treba odrediti nivo uštede za datu operaciju. Ovo podrazumeva postavljanje odgovarajuće masenog i energetskog bilansa. U sledećem koraku izračunavaju se troškovi vezani za razmatranu izmenu u procesu, nakon čega sledi ekonomska analiza. 429

Pri proceni predloženih mera korisno je pridržavati se sledećeg postupka: • Energetske uštede prikazati odvojeno od ekonomskih ušteda. Nekada je poželjnije energetske uštede razmatrati zasebno. • Razmatrati troškove goriva u toku životnog veka projekta a ne samo na postojećem nivou. • Koristiti različite mogućnosti finansijskih i ekonomskih mera. Energy audit report. Nakon prikupljanja podataka i izvršenoj analizi o potro­ šnji energij, neophodno je sačiniti plan za uštedu energije. Treba uspostaviti sistem za upravljanje energijom da bi se predloženi plan realizovao. Tipičan energy audit report treba da sadrži sledeće elemente (Capehart, 2006; Witte et, 1988) • Rezime • Uvod • Procedura • Distribucija energije razmatranog postrojenja • Predlog za akcioni plan u cilju realizacije energetskog projekta Energetska analiza Neophodno je izvršiti maseni i energetski bilans tehnološkog procesa. Moguća su dva pristupa: top-down i bottom-up. Primenom top-down pristupa, ukupna energetska potrošnja se pridodaje različitim korisnicima u datom procesu u cilju identifikacije glavnog energetskog korisnika. U okviru ove analize može se koristiti višestruka linearna regresija da bi se utvrdila veza između zavisnih promenljivih, kao što je potrošnja energije, i nezavisnih promenljivih kao što su obim proizvodnje i temperatura ambijenta (Vogt, 2004). Druga metoda, bottom-up, daje model potrošnje energije različitih operacija u procesu u cilju rekalkulacije ukupne potrošnje energije, sabiranjem potrošnje energije pojedinačnih jediničnih operacija (Marechal et al., 1997; Hostrup et al., 2001).

430

6.16

Pitanja Questions

1. 2. 3. 4. 5.

Uloga materijalnog bilansa kod novih i postojećih uređaja? Uloga materijalnih bilansa kod procesa (novog i postojećeg)? Uloga energetskog bilansa? Osnovni izraz za sve tipove materijalnih bilansa? Dali se izraz za maseni bilans može zamenuti sa Br. molava na ulazu = br. molova na izlazu + molovi akumulisani u procesu Koja je razlika između nestacionarnog i stacionarnog procesa? Koja je razlika između kontinualnih i šaržnih procesa? Protočni stacionarni sistem bez hemijskih reakcija ima jedan ulaz i jedan izlaz. Ako se ulazna struja sastoji se od 3 komponente, napiši totalni i komponentni materijalni bilans. Kod masenih bilansa šta predstavlja stepen slobode? Uloga inertnih komponenti pri rešavanju materijalnih bilansa? Razlika između sistema sa i bez recikla? Izračunavanje stepen slobode kod sistema sa reciklom? Izračunavanje stepen slobode kod povezanih procesa? Opšti izraz za I zakon termodinamike? Koja je razlika između akumulisane i energije u prelazu? Koji materijal se može smatrati izolacionim? Uloga termičke izolacije? Osnovni tipovi izolacionih materijala? Osnovne karakteristike izolacionih materijala? Prevedi sledeći izraz

6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

q=λ 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29.

∆t δ

u oblik izražen preko termičkog otpora. Napiši izraz za toplotne gubitke za slučaj višeslojnog zida! Koje troškove treba uzeti u obzir pri izračunavanju ekonomične debljine izolacije? Šta predstavlja ekonomična debljina izolacije Šta je energetska efikasnost? Koja je razlika između “energetske efikasnosti” i “očuvanja energije”? Koja je razlika između toplotnih mašina i toplotnih pumpi? Napiši izraz za koeficijent korisnog dejstva ciklusa! Između dva temperaturna nivoa koji termodinamički ciklus ima najveći stepen korisnog dejstva? Izrazi za koeficijent grejanja i hlađenja? 431

30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61.

432

Poređaj po veličini: koeficijent korisnog dejstva ciklusa, koeficijent gre­ janja i hlađenja! Šta je osnovna uloga kotla? Koja je osnovna razlika između bubanjskih i strmocevnih kotlova? Prednosti i mane bubanjskih kotlova? Prednosti i mane strmocevnih kotlova? Šta su kondenzacioni kotlovi? Koje su osnovne komponente kotla? Uloga ekonomajzera? Čime se može vršiti predgrevanje vazduha za sagorevanje? Koja je razlika između spoljneg i unutrašnjeg tretmana vode? Napiši izraz za toplotnu energiju koja odlazi na zagrevanje vode, isparavanje i pregrevanje vode! Osnovne grupe gubitaka u kotlu? Šta je ukupan stepen korisnog dejstva kotla? Šta se proverava merenjem efikasnosti procesa sagorevanja? Glavne mogućnosti za uštedu energiju? Šta je osnovna prednost pare kao nosioca toplotne energije? U kojim slučajevima je opravdano koristiti termalne fluide? Šta je fleš para? Kako se može izračunati količina nastale fleš pare? Koji je najpogodniji medijum prenosa toplote: vrela voda, zasićena ili pre­grejana para i zašto? Kod sistema sa hlađenje sa kompresijom pare gde je smeštena komponenta za isparavanje a gde komponenta za kondenzaciju? Uloga osnovnih komponenti kod uređaja za hlađenje na bazi kompresije pare? Kod sistema za hlađenje sa kompresijom pare šta se postiže pregrevanjem i pothlađivanjem? Koja je osnovna razlika između sistema sa hlađenjem na bazi kompresije pare i apsorpcionog sistema za hlađenje Daj uporedno osnovne elemente kompresionog I apsorpcionog sistema za hlađenje! U izrazu za koeficijent hlađenje apsorpcionog sistema koji energetski trošak se može zanemariti? Šta treba imati na umu kada želimo da koristimo komprimovani vazduh? Koje su glavne komponente sistema za komprimovani vazduh? Koja je uloga rezervoara kod sistema za komprimovani vazduh? Gde se koriste volumetrijski a gde dinamički kompresori? Koji su glavni izvori gubitaka kod sistema za komprimovani vazduh? Kako smanjivanje temperature ulaznog vazduha doprinosi uštedi ener­ gije?

62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80.

Dali je moguća rekuperacija toplotne energije? Šta je to „lumen efikasnost“? Dali postoji sijalica koja idealno reprodukuje proirodnu sunčevu svetlost? Glavne mogućnosti za uštedu kod industrijskih sistema za osvetljenje? Napiši izraz za toplotu koja se preda hladnom fluidu! Napiši izraz za toplotu koja prelazi sa toplog na gladni fluid! Šta predstavlja efikasnost toplotnih izmenjivača? Koje su mogućnosti za uštedu kod toplotnih izmenjivača Šta je sadržaj vlage vlažnog vazduha? Šta je relativna vlažnost vazduha? Šta je sadržaj vlage vlažnog materijala? Šta je ravnotežni sadržaj vlage vlažnog materijala? Koje periode sušenja znaš? Šta je to kritičan sadržaj vlage? Napiši maseni bilans za slučaj prolaska toplog vazduha kroz vlažan materijal! Napiši energetski bilans za slučaj prolaska toplog vazduha kroz vlažan materijal! Zašto je potrebno obezbediti dobru cirkulaciju u procesu uparavanja? Dali je moguća temperature uparivanja iznad 100oC? Koja je razlika između jednostepenog i višestepenog uparivača?

6.17

Pitanja/Odgovori Questions/Answers

1.

Uloga materijalnog bilansa kod novih i postojećih uređaja? Kod potpuno novog uređaja, materijalni bilans je osnov za projektovanje datog uređaja a kod postojećeg osnov za simulaciju odnosno proveru njegovih performansi. Osnovni izraz za sve tipove materijalnih bilansa? Za sve tipove materijalnih bilansa može se primenuti sledeći izraz Masa na ulazu = masa na izlazu + masa akumulisana u procesu Koji materijal se može smatrati izolacionim? Materijali koji koji značajno smanjuju prenos toplote iz sistema u okolinu ili obrnuto. Šta je energetska efikasnost? Energetska efikasnost predstavlja odnos između energija koja je potrebna za funkcionisanje sistemai energije koja se unosi u sistem (koja se mora “platiti”). Šta je osnovna uloga kotla? Proizvodnja pare iz vode dovođenjem toplotne energije.

4. 16. 24. 31.

433

45. 50.

56.

63. 6.18

Šta je osnovna prednost pare kao nosioca toplotne energije? Para se generiše iz dostupnog izvora vode, ekološki je prihvatljiva i može da akumulira relativnu veliku količinu toplotne energije. Kod sistema sa hlađenje sa kompresijom pare gde je smeštena komponenta za isparavanje a gde komponenta za kondenzaciju? Imajući u vidu da je neophodno odvoditi energiju iz sistema koji se hladi, isparivač je smešten u sistemu (prostoriji) koji se hladi. Toplota koja se akumulirala u pari predaje se okolini kodenzacijom, što znači da je kondenzator smešten u okolinu Šta treba imati na umu kada želimo da koristimo komprimovani vazduh? Treba imati na umu da su ukupni operativni troškovi komprimovanog vazduha četiri do pet puta veći od električne energije potrebne za proizvodnju komprimovanog vazduha. Komprimovani vazduh treba koristiti samo tamo gde nema drugog rešenja. Šta je to „lumen efikasnost“? Udeo električne energije koja se konvertuje u svetlost naziva se „lumen efikasnost“. Jedinica ovako definisane efikasnosti je lumen/wat. Literatura References

Capehart, B.L., M.B. Spiller, and S. Frazier. 2006. Energy auditing, Chapter 3, In EnergyManagement Handbook (6th ed.), Turner, W.C. and S. Doty, (Eds.), pp. 23–39. Lilburn,GA: The Fairmont Press Inc Capehart, B.L., W.C. Turner, and W.J. Kennedy. 2005. Guide to Energy Management Cerci, Y., Y.A. Cengel, and H.T. Turner. 1995. Reducing the cost of compressed air in industrial facilities. Thermodynamics and the Design, Analysis, and Improvement of Energy Systems, ASME, AES 35: 175–86. De Koeijer G, Kjelstrup S. Minimizing entropy production rate in binary traydistillation. Int J Appl Thermodyn 2000;3:105–10. Dincer, I. and M.A. Rosen. 1999. Energy, environment and sustainable development. AppliedEnergy 64: 427–440 Dincer, I. and M.A. Rosen. 1999. Energy, environment and sustainable development. Applied Energy 64: 427–440. Dincer, I. And Mehmet K., Refrigeration systems and applications 2nd Edition, 2010 John Wiley & Sons, Ltd Engelien HK, Skogestad S. Selecting appropriate control variables for a heatinteg rated distillation system with prefractionator. Comput Chem Eng, 2004;28:683–91. Henderson, J.M. and R.E. Quandt. 1980. Microeconomic Theory: A Mathematical Approach.New York: McGraw-Hill. Henderson, J.M. and R.E. Quandt. 1980. Microeconomic Theory: A Mathematical Approach.New York: McGraw-Hill. Hostrup, M., R. Gani, Z. Kravanja, A. Sorsak, and I. Grossmann, I. 2001. Integration of thermodynamicinsights and MINLP optimization for the synthesis, design and analysis ofprocess fl owsheets. Computers and Chemical Engineering 25: 73–83 434

http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials.asp#block1%23block1 Ladd, G. 1998. Grain transport and industry structure. In Structural Change and Performanceof the US Grain Marketing System Larson D. et al., (Ed.), pp. 51–53. Urbana, IL:Sherer Co. Ladd, G. 1998. Grain transport and industry structure. In Structural Change and Performanceof the US Grain Marketing System Larson D. et al., (Ed.), pp. 51–53. Urbana, IL: Managers. New York: ASME Press. Marechal, F., G. Heyen, and B. Kalitventzeff. 1997. Energy savings in methanol synthesis:Use of heat integration techniques and simulation tools. Computers and ChemicalEngineering 21: S511–S516. Mull, T.E. 2001. Practical Guide to Energy Management for Facilities Engineers and Plant Perry, R.H., Green, D.W. and Maloney, J.O., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7th Edition, McGraw Hill, New York, 1999. Peters, M.S. and K.D. Timmerhaus. 1991. Plant Design and Economics for ChemicalEngineers. New York: McGraw-Hill. Peters, M.S. and K.D. Timmerhaus. 1991. Plant Design and Economics for ChemicalEngineers. New York: McGraw-Hill. Singh, R.P. and Heldman, D.R., in Introduction to Food Engineering, Academic Press, San Diego, 2001 Terrell, R.E. 1999. Improving compressed air system effi ciency: Know what you really need. Energy Engineering 96: 7–15. Vogt, Y. 2004. Top-down energy modeling. Strategic Planning for Energy and the Environment 24: 66–80. Wang, Lijun, 2009, Energy efficiency and management in food processing facilities , CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton Wulfinghoff, D, R., 1999, Energy Efficiency Manual, Energy Institute Press, Wheaton, Maryland

435

Ekološki rečnik

Agenda 21

Dokument usvojen na Konferenciji Ujedinjenih nacija za životnu sredinu i razvoj (United Nations Conference on Environment and Development – UNCD) u Rio de Ženeiru, 1992. godine.

Akutne opasnosti

Opasnosti povezane s kratkoročnom izloženošću relativno velikim količinama otrovnih tvari.

Areacija

Autonoman ekosistem Biogeohemijski ciklus

Neposredan kontakt atmosfere i vode kroz dodavanje zraka (kisika) u vodu. Izraz se također primjenjuje na odvajanje plina gdje nepoželjan plin se otklanja iz vode. Nezavisan u pogledu prometa materije i energije (metabolizma). Ekosistem u kome se odvija prirodan proces kruženja materije i proticanja energije, odnosno čiji metabolizam ili neka njegova komponenta nije supstituisana od strane čoveka. Ciklus elemenata kroz biotičku i abiotičku okolinu.

Količina kisika potrebana za oksidiranje bilo koje organske tvari prisutne u vodi tokom određenog vremenskog perioda, koje je obično traje 5 dana. To su neizravna mjerenja količine organske tvari koja je prisutna u vodi. Biljne i životinjske vrste koje specifično reaguju na zagađenje Bioindikatori određenom zagađujućom supstancom, one svojim habitusom ili zagađenja fiziološkim procesom pokazuju specifičnu reakciju na datu zagaživotne sredine đujuću supstancu, na osnovu čega se ta supstanca detektuje u sredini. Hemikalije koje se prirodno pojavljuju ili su identične prirodnim putem pojavljivanja tvari. Primjeri uključuju hormone, feromone, i enzime. Biokemikalije djeluju kao pesticidi kroz netoksični, neBiokemikalije smrtonosni način djelovanja, kao što je narušava parenja uzorak kukaca, reguliranje rasta, ili djelujući kao sredstvo za odbijanje insekata. Biokemikalije su često ekološki kompatibilne, te su stoga važno Integriranih programa upravljanja Pest. Strategija za kontrolu štetočina ili organizama koji uzrokuju bolesti, Biološka koje se oslanja na korištenje drugih živih organizama, a ne hemijkontrola skih pesticida. Ukupna težina određene grupe organizama na određenom poBiomasa dručju. Sposobnost tvari da bude rastavljena/radvojena fizički i / ili hemijski od strane mikroorganizma. Na primjer, mnoge kemikalije, Biorazgrađivači otpaci hrane, pamuk, vuna, i papir su biorazgradivi, a plastike i poliesteri su općenito nerazgradivi. Biohemijska potreba kisika (BOD)

436

Broj i vrsta različitih organizama u ekološkim kompleksima u kojima se prirodno pojavljuju. Organizmi se organiziraju na mnogim razinama, u rasponu od potpunog ekosistema do biokemijske strukture, koje su molekularni temelj nasljeđivanja. Dakle, pojam obuhvaća različite ekosisteme, vrste i gene koji moraju biti prisutBiorazličitost ni za zdrav okoliš. Veliki broj vrsta mora karakterizirati lanac hrane, koji predstavljaju mnoge grabežljivac-plijen odnose. Mjera raznolikosti života. To se obično izračunava na osnovu broja vrsta organizama – također se mogue računati i rod, obitelji, vrsta i phyla. Dio Zemljinog sustav u kojem život može postojati, između vanjBiosfera skog dijela geosphere i unutarnjeg dijela atmosfere. svaka primena tehnologije koja koristi biološke sisteme, žive orBiotehnologija ganizme ili njihove proizvode, s ciljem proizvodnje produkata za posebne namene. European Centre for Nature Conservation. (Evropski centar za zaECNC štitu prirode) (European Environment Agency). Evropska agencija za zaštitu životne sredine. Cilj ove agencije je zaštita i analiza podataka u obla­ sti životne sredine na nivou EU u cilju obezbeđenja objektivnih, EEA pouzdanih i komparativnih podataka koje će omogućiti Zajednici i zemljama članicama da preduzme odgovarajuće mere za zaštitu životne sredine, izvrše procenu ostvarenih rezultata i obezbede ade­ kvatno informisanje javnosti u vezi sa stanjem životne sredine. Istraživanje odnosa između svih živih organizama i okoliša, osobito ukupne ili samo uzorak interakcije; pogled koji uključuje sve Ekologija biljne i životinjske vrste te njihove jedinstvene doprinose za određeno stanište. Proučavanje živih organizama i njihove okoline ili staništa. Pravedan tretman ljudi svih rasa, kultura, prihoda i nivoa obrazovanja s obzirom na razvoj i provedbu okolišnih zakona, propisa i Ekološka pravila. Pravedan tretman podrazumijeva da ni jedan stanovnika pravda ne bi trebao biti prisiljeni da podnosi nesrazmjeran udio izloženosti negativnim učincima zagađenja, zbog nedostatka političke ili ekonomske snage. Različite vrste uticaja koje deluju na pojedine organizme ili život­ ne zajednice (v. “Životna zajednica“). Mogu se podeliti na abio­ tičke (različiti fizičko – hemijski uslovi životne sredine – klimatski, Ekološki faktori edafski i orografski faktori) i biotičke (međusobni uticaji organizama), u okviru kojih se, zbog svog značaja i intenziteta, posebno izdvaja antropogeni (čovekov uticaj). Ekološki karakspecifične prirodne vrednosti koje taj ekosistem /stanište izdvajater staništa, ju od drugih ekosistema/staništa ekosistema 437

Jednaku zaštitu od ekoloških opasnosti za pojedince, grupe ili zajednice bez obzira na rasu, etnicitet, ili ekonomski status. U užem smislu je stručno osposobljavanje, usavršavanje i obuka Ekološko profesionalaca u oblasti ekologije i srodnih nauka i naučnih disciobrazovanje plina. U širem smislu ekološko obrazovanje je sinonim obrazovanja za životnu sredinu. Ekonomija u Zemlja koja se prelazi iz centralno planske privrede do tržišne pritranziciji vrede. Informacije (uobičajeno napisana na naljepnici proizvod) koje daju podatke potencijalnim potrošaćoma o karakteristikama proiEKO-oznaka zvoda, ili proizvodnje ili metoda obrade koje se koriste u njihovoj proizvodnji. Integrisan, složen i dinamičan sistem koji sačinjavaju biotop (v. “Životno stanište”) i biocenoza (v. “Životna zajednica”), između kojih se uspostavljaju odnosi akcije (uticaj biotopa na biocenozu), reakcije (uticaj biocenoze na biotop) i koakcije (uzajamni uticaji među članovima biocenoze). Označava se i kao “biogeocenoza”. Ekosistem U ekosistemima se odvijaju procesi kruženja materije (v. “Kru­že­nje materije”) u biološkim ciklusima (npr. ugljenika, azota, vode itd.) i proticanje energije, što čini osnovu održanja života i čitave biosfe­ re (v. “Biosfera”). Postoji veliki broj različitih vodenih ekosistema (reka, potok, bara, jezero itd.), koji se, prema svojoj srodnosti, gru­ pišu u veće celine koje se označavaju kao biomi (v. „Biom“). Organizam ili skupina organizama i njihove okoline. Granica ekosustava može biti samovoljno izabrana tako da odgovara područje interesa ili istraživanja. Dinamičan kompleks biljnih i životinjskih za­ jednica i zajednica mikro-organizam i njihove nežive okoliši, koje reaguju kao funkcionalna jedinica. Ekosustav Interakciji sinergizam svih živih organizama u odgovarajućem oko­ lišu; svaka biljka, insekat, akvatična životinja, ptica ili kopnene vrste koje formiraju kompleksnu mrežu međuovisnost. Ako se poduzmu mjere na bilo kojoj razini u hranidbenom lancu,na primjer upotreba pesticida,može potencijalno imati domino efekt na svaki drugi korisnik tog sustava. Količina otpadnih materija koji negativno utiču na zdravlje flore i Ekotoksičnost faune. ekološka toksikologija. Interdisciplinarna naučna oblast u okviru Ekotoksikologija koje se proučavaju toksični efekti hemijskih supstanci na organi­ zme, populacije, biocenoze. Oslobađanje ili ispuštanje tvari u okoliš. Općenito se odnosi na isEmisija puštanje plinova ili čestica u zrak. ispuštanje; odnosi se, pre svega na zagađujuće gasovite materije Emisija koje se antropgenim delatnostima ispuštaju u atmosferu. Ponekad i u smislu emisije alohtonih vrsta iz zatočeništva i gajilišta. Ekološko kapital

438

„End-of-pipe“ tehnologija

Tehnologija osmišljena za kontrolu zagađenja iz druge tehnologije, koja je obično instalirana na mjestu emisije. (Enviromental Measures in Develping Countries). Program mera Evropske unije u oblasti životne sredine u zemljama u razvoju. Bavi ENVCD se finansiranjem projekata čiji je cilj integracija ekološke dimenzije u razvojni proces radi ostvarenja održivog razvoja u zemljana u razvoju kroz iniciranje nove generacije akcionih programa. Erozija je pomicanje tla pod uticajem vjetra ili vode, pojačano krErozija čenjem što je vezano za poljoprivredu, stambeni ili industrijski razvoj, izgradnju cesta ili sjeće drveća. Otpada građevinskog materijala, jaružanje materijala, panjevi i krho­ Građevinski tine koje su nastale iz konstrukcije, pregradnja, popravak i operacije otpada rušenja na kućama, poslovnim zgradama i drugim građevinama, te pločnicima. Može sadržati olovo, azbest, ili druge opasne materijale. Zračenja ili onečišćujuće tvari koje dolaze u dodir s tijelom i predIzlaganje stavljaju potencijalne zdravstvene opasnosti. Najčešći putevi izlaganja su kroz kožu, usta, ili ako se udiše. Kemijska potro­ Količinu kisika potrebna da oksidira bilo koje organske tvari u vodi šnja kisika (KPK) pomoću teških hemijskih uvjeta. Grupa hemikalija koja se obično koristi u klima uređajima i rashla­ dnim tekućinama kao hladnjaci (rashlađivaći) i kao otapala i aeroKloroflurokarsol pogonski plinovi. CFC-nanos odlaze u gornji sloj atmosfere gdje boni (CFC) njihove komponente klora uništavaju ozon. Smatra se da je CFC Freon glavni uzrok ozonske rupe iznad Antarktika. Freon, kemikalije koje su uzrok isrpljenja ozonskog sloja u gornjoj atmosferi. Svi čvrste otpade iz tvrtki. Ova kategorija uključuje, ali nije ograniKomercijalni čena na to, kruti otpada porijeklom iz trgovina, tržišta, uredskih otpad zgrada, restorana, prodajnih centra, i kazališta. Smrvljeni (Razgrađeni) organski materijal koji se proizvodi kada bakterija u tlu razgrađuju smeće i biorazgradivi otpad praveći orKompost gansko gnojivo. Izrada komposta zahtijeva okretanje i miješanje i izlaganje materijala zraku. Vrtlari i poljoprivrednici koristite kompost za obogaćivanje tla. Relativna količina tvari izmješana s drugom tvari. Primjer je pet Koncentracija dijelova na milijun ugljičnog monoksida u zraku ili 1 miligram / litar željeza u vodi. Promjena tvari u gušće oblike, kao što je plin u tekućinu. To je suKondenzacije protno isparavanje. Kontrola je sposobnost sustava da odgovori na promjenjive zaKontrola htjeve nametnute fluktuacijom vanjskih uvjeta. Korozija Tvar koja postupno nagriza ili troši materijala kemijskim djelovanjem Otpada koja je izvan pH vrijednosti od 2 do 12,5 ili otpad koji naKorozija otpada griza čelik na stopi većoj od 6,35 mm (0,25 in) godišnje. Jedan od četri EPA-ova svojstva opasnog otpada.

439

Trajno, dugoročno ili periodično praćenje i procena bioloških i ostalih ekoloških promena (parametara) korišćenjem određene metodologije. Vladini standardi koji uspostavljaju ograničenja na ispuštanja one­ Norme emisije čišćujućih tvari u okoliš (obično kada se odnosi na zrak). Uhvatiti (preuzeti)energiju iz otpada kroz bilo koji od različitih pro­ Obnovljena cesa (npr., tokom gorenja). Mnoge spalionice nove tehnologije su energija jedinice koje obnavljanje energiju iz otpada. Proces razvoja znanja, veština i odnosa ljudi svih uzrasta, zanimanja Obrazovanje i prethodnog obrazovanja prema prirodi i životnoj sredini; skup za životnu programa i oblika obrazovanja u oblasti zaštite prirode i životne sredine; oblast delatnosti institucija za formalno i neformalno obsredinu razovanje kao i drugih specijalizovanih ustanova. Očuvanje i obnova prirodnih resursa kako bi se osigurala njihova najviša ekonomska ili društvene koristi tijekom najdužeg razdoOčuvanje blja. Čiste rijeke i jezera, područja divljine, raznoliki biljni i životinj­ ski svijet, zdravo tlo i čist zrak su prirodni resursi vrijedni čuvati za buduće generacije. Okoliš Ekosustav u kojem organizmi ili živote vrsta, uključujući i fizičko okruženje i druge organizame s kojima dolazi u kontakt. Okolni zrak Zrak koji okružuje predmet Uklanjanje bilo kojeg otopljenih ili suspendovanih kontaminanata Otpadne vode iznad sekundarne obrade, često je to uklanjanje nutrienata dušika i / ili fosfora. Gnojivo peradi i stoke, a materijalni ostaci u tekućem ili čvrstom Poljoprivredni obliku nastalo je od proizvodnje i prodaje peradi, stoke, krznaša i njihovih proizvoda. Također uključuje žitarice, povrće i voće i ostat­ otpad ke berbe voća. Porez za zaštitu Porez koji je od velike važnosti za okoliš, bez obzira na specifičnu namjenu ili ime. okoliša Standardi Zakonom je određen nivo odabranih zagađivača koji ne smije biti kvaliteta prekoraćen u vanjski zrak. Koristi se za određivanje količine štetnih tvari koje industrija može emitovati. vazduha Standardi na Standardi koji postavljaju koncentraciju ili masu po vremenskim temelju tekućeg rokovima na otpadne vode koje se trebaju ispustiti u vode koje ih primaju. otpada Tekućina koja izlazi iz sustava, procesa, rezervoar, itd. Tekući otpad Tekući otpad iz jednog procesa može da se ulijeva u drugi proces. Vidi pritoka. UNEP (United Nations Environ- Program za životnu sredinu Ujedinjenih nacija. mental Program). Monitoring

440

Zagađenje

Zagađenje vazduha

Zaštita

Životna sredina

svako unošenje alohtonih i štetnih materija (na pr. azotni i sumporni oksidi, ozon, organske materije, teški metali, itd.), u staništa/ekosisteme, koje dovodi do promena u sastavu živog sveta i rezultira redukcijom biodiverziteta. Postojanja u zraku tvari čija koncentracija je određena kao neprihvatljiva po ljudsko zdravlje i okoliš. Zagađivaći u zraku koje udiše­ mo dolaze uglavnom iz prerađivačkih industrija, elektrane, ispušnih plinova automobila, autobusa i kamiona. Bilo kakve neželjene tvari u zraku. protekcija (protection), preduzimanje mera za sprečavanje i ublažavanje delovanja faktora koji neposredno ugrožavaju prirodne vrednosti, obično putem zabrana i ograničavanja. a) Kompleks faktora (abiotičkih i biotičkih) koji predstavljaju okruženje individue, vrste, odnosno populacije, uključujući životne zajednice ili ljudsku populaciju. b) Celokupno okruženje, fizičko i biološko, živo i neživo, prirodno, kultivisano i dograđeno, socijalno-političko, kulturno i estetsko, koje je vremenski određeno u prošlosti i budućnosti. Ovo spolja­ šnje okruženje u interakciji je sa unutrašnjim okruženjem čoveka koju čine potrebe i aspiracije, osećanja, očekivanja i predstave.

441

ODRŽIVE TEHNOLOGIJE Glavni i odgovorni urednik: Dr Zoltan Zavargo, redovni profesor Urednici: Dr Zoltan Zavargo, redovni profesor, Univerzitet u Novom Sadu, Tehnološki fakultet Novi Sad, Srbija Recenzenti: Dr Gyula Vatai, redovni profesor, Corvinus Univerzitet, Prehrambeni fakultet, Budimpešta, Mađarska Dr Radmila Šećerov-Sokolović, redovni profesor, Univerzitet u Novom Sadu, Tehnološki fakultet Novi Sad, Srbija Izdavač Univerzitet u Novom Sadu, Tehnološki fakultet Novi Sad Bulevar cara Lazara 1, Novi Sad, Srbija Tiraž 900 primeraka Recenzija engleskog jezika Jelena Jerković, viši predavač, Tehnološki fakultet Novi Sad Prelom Addiction, Slobodana Bajića 37, Sremska Kamenica, Srbija Dizajn Ksenija Čobanović Štampa Futura, Mažuranićeva 46, Petrovaradin, Srbija

CIP – Каталогизација у публикацији Библиотека Матице српске, Нови Сад 631.147(082) ODRŽIVE tehnologije. Knj. 1 = Sustainable technologies. Book 1 / editor Zoltan Zavargo. – Novi Sad : Tehnološki fakultet, 2013 (Petrovaradin : Futura). – 441 str. : ilustr. ; 24 cm Tiraž 900. – Bibliografija. ISBN 978-86-6253-011-0 а) Одрживе технологије – Зборници COBISS.SR-ID 277764871