Nafta je conditio bazmalo svega, ali nje jednom više neće biti

U "Kremanskom proročanstvu", neobičnom rukopisu koji je 1878. godine priredio prota Zaharije Zaharić (1836. - 1918.) na temelju proročanstava srpskih vidovnjaka Miloša i Mitra Tarabića iz sela Kremna pokraj Užica između ostalog se kaže:... Ljudi ce bušiti izvore duboko u Zemlji i vaditi "zlato"... koje ce im dati svjetlo, brzinu i moć... i Zemlja ce puštati gorke suze... a imaće mnogo više "zlata" i "svjetlosti" na površini nego unutra... Zemlja će patiti zbog ovih otvorenih rana... ...Umjesto da rade u poljima, ljudi će kopati svuda... na pravim i krivim mjestima... ali stvarna sila će biti svuda oko njih... Tek nakon mnogo ljeta ljudi će se sjetiti ove sile... i shvatiće kako su bili glupi što su kopali one rupetine... Ova sila će biti prisutna i u ljudima samim ali će proći mnogo vremena prije nego je otkriju i počnu upotrebljavati...Neobična proročanstva Miloša (1809. - 1854.) i njegova nećaka Mitra (1829. - 1899.) zabilježena su u vrijeme otkrića nafte. “1859. nafta je pronađena u Pensilvaniji. Magična tekućina je stavila Ameriku na točkove i pomogla da se stvori svjetska najbogatija supersila. Transformacija se desila gotovo nezamislivo brzo: 1859. Amerikanci su putovali na leđima konja; 1969. vozili su Mustange i letjeli na Mjesec.Tokom prošlog stoljeća nafta je promijenila Svijet. Britanski ugalj je lansirao Industrijsku Revoluciju, ali američka nafta je “dodala gas”. Ni jedna druga materija nije toliko izmijenila lice Zemlje u tako kratkom periodu. Nafta je crna magija, krvotok naše civilizacije. Naftna industrija obezbjeđuje preko70% svjetske energije. Ali nafta je i više od energije. Ona je glavna sirovina za proizvodnju plastike, lijekova, odjeće, pesticida, boja i hiljade drugih proizvoda.U.S. je najviše istražena i izbušena zemlja na Planeti. Od 4,6 miliona bunara širom svijeta, 3,4 miliona je izbušeno u U.S. Iz perspektive naftne industrije, "Amerika je švicarski sir".Uskoro, kažu eksperti, svjetska proizvodnja nafte će dostići najveći nivo, svoj vrhunac. Zatim, poslije kratkog platoa, opašće zauvjek.Ono što će istoričari jednog dana nazvati naftna era, trajaće dva stoljeća. Sada smo bliže kraju tog razdoblja nego početku.” (citiran Randy Udall, Whwn Will the Joy Ride End)Ukoliko potrošnja ostane na istom nivou, na osnovu optimističkih procjena rezervi fosilnih goriva, predviđa se da će proizvodnja trajati:Nafta: 1,277,702/77/365= 45 godinaGas: 1,239,000/47/365= 72 godinaUgalj: 4,786,000/52/365= 252 godinaPodatak iz 2002 (Oil & Gas Journal, World Oil)

Šta da se radi?

Klimatske promjene izazvane efektom staklenika (Global Carbon Project navodi da je emisija ugljenika u atmosferu do 2000.g rasla za 1% godišnje, a sada taj rast iznosi 2,5 % godišnje.), visoka cijena nafte i neminovnost presušivanja izvora fosilne energije pokrenuli su lavinu inicijativa, od ekoloških pokreta, do svjetskih samita država i programa političke i finansijske podrške vlada širom svijeta za upotrebu obnovljivih izvora energije. Kapital uložen u proizvodnju obnovljive energije porastao je sa 80 milijardi $ 2005. g. na preko 100 milijardi $ 2006.gUNEP (United Nations Environment program) izvršni direktor Achim Steiner kaže:” Stotine milijardi dolara ulažu se u tehnologije za proizvodnju obnovljive i čiste

energije, i još hiljade čekaju krila…da Vlade dizajniraju atraktivne, kreativne i pravedne uslove koji nagrađuju one koji su danas spremni investirati u sutrašnju ekonomiju… .. Ako se sav taj novac uloži, ne samo da se zadovolje naše individualne potrebe, nego u prevladavanje socijalnih i problema očuvanja okoline koji se vać naziru na horizontu… možemo pervladati prelazak iz “ere ekscesa u eru umjerenosti, skladno, lako, i sa zadovoljstvom, da pri tome sačuvamo naša najbolja kolektivna postignuća…i izbjegnemo stranputice i ćorsokake. ” (Monako 20 februar 2008.) 

Ono što je nekad izgledalo kao New Age utopija, alternativna stvarnost marginalnih grupa i neuklopljenih pojedinaca postaje Mainstrime i ogleda se u svakom sektoru ekonomije. Korišćenje obnovljivih izvora energije, ekološka poljoprivreda, industrijska ekologija, eko gradnja: pasivne kuće i zero energy gradnja, zelena ekonomija: zeleno tržište i zelena nabavka, planiranje i ostvarivanje ciljeva lokalnih zajednica i mnogo drugog. Cilj je održati nivo kvalitetnog blagostanja i zdrav suživot nasuprot prekomjernom i zaludnom konzumerizmu koji je ne pitajući za stvarnu cijenu i posljedice, kvantitet pretpostavio kvalitetu, a novac od sredstva razmjene pretvorilo u krajni cilj.

Obnovljiva energija

Obnovljiva energija koristi prirodne izvore kao što su: sunčeva svijetlost, vjetar, kiša, talasi, plima, geotermalna toplota koji se prirodno obnavljaju. Dok zalihe fosilne energije postaju skupe i oskudne, rezerve obnovljive, tehnički globalno dostupne energije, su dovoljno velike da obezbijede 6 puta veću snagu nego što svjet trenutno koristi i to zauvjek.Konvencionalna energija je još uvijek jeftinija u odnosu na obnovljivu jer se u cijenu ne uračunavaju troškovi iscrpljivanja prirode, a ogledaju se na socijalnom planu i zaštiti prirodne sredine. S druge strane, kontinuirani razvoj tehnologije i povećanje proizvodnje obnovljive energije, za razliku od konvencionalne koja će biti samo skuplja, iz dana u dan smanjuje cijenu obnovljive energije.Oko 13% svjetske primarne energije dobiva se iz obnovljivih izvora. Većinom na tradicionalan način, sagorjevanjem biomase.(npr. drvo).Vodena snaga je slijedeći najveći izvor sa 2-3%, a moderne tehnologije kao geotermalna, vjetar i solarna obezbjeđuju zajedno manje od 1% ukupnih svjetkih potreba.

U svijetu ima preko 800 velikih postrojenja solarnih elektrana. Najveće je 354 MW solarno termalno postrojenje u Mojove Desert, USA.

Španija ima dvija najveća fotonaponska solarna postrojenja u Mursiji i Alikanteu.

Japan i Njemačka najviše su investirali u solarnu energiju. Najveći su potrošaći fotonaponskih ćelija uprkos nepovoljnoj geografskoj lokaciji. Više od pola solarnih instalacija u svijetu 2006.g bilo je u Njemačkoj i vodeća su solarna industrija na svjetskom tržištu.U Japanu 10.000 ljudi je na listi čekanjaza za PV sistem. Japanska vlada ulaže 90 miliona $ godišnje u program krovnih fotonaponskih sistema.

Najveće geotermalno postrojenje je Geysers u Kaliforniji, kapaciteta od 750 MW.

Brazil ima jedan od najvećih programa obnovljive energije na svijetu i proizvodi etanol, gorivo iz šećerne trske, čime obezbjeđuje 18% svojih potreba za pogonskim gorivom.

Danska i Njemačka instalirale su vjetroelektrane. Danska je 2005.g. generirala 18,5% ukupne električne energije iz vjetra.

Švajcarska planira da smanji potrošnju više od pola i da do 2050 postane “društvo 2000W”.

Velika Britanija planira da do 2016 sve nove zgrade budu izgrađene pozero energy standardu.

Švedska vlada je proglasila naftnu fazu gotovom i vodeća je u kreiranju politike i pripremama za svijet poslije nafte.

Kina gradi dva velika eko grada Huangbaiyu i Dongtan sa solarnim napajenjem strujom.Osim velikih projekata, tehnologija obnovljive energije je pogodna za male, vanmrežne primjene u zabačenim i nerazvijenim krajevima.

Kenija je ima najvću stopu prodaje malih kućnih solarnih sistema snage 20 -100W u svijetu sa oko 30.000 komada godišnje.

Zajam UENP za solarne projekte pomogao je 100.000 ljudi da postave u svoja domaćinstva u Indiji solarne sisteme. Slični projekti ostvaruju se u Tunisu, Maroku, Indoneziji I Meksiku. Sasvim mali fotonaponski sistemi često sa snagom manjom od jednog kilovata na mjestima bez pristupa električnoj mreži koriste se za upravljanje telekomunikacijskm sistemima, za signalizaciju na cestama, uličnu rasvjetu i druge upotrebne proizvode. Nasuprot ovim, sasvim malim instalacijama, sve više se solarno napajenje strujom inkorporira u arhitektonska riješenja velikih poslovnih objekata.

Najčuveniji primjer je poslovna zgrada Googla u Kalifornijisa sa sistemom snage od 1,6 MW. Računa se da je kumulativno sanaga postavljenih PV sistema porasla sa 7,7 GW 2006.g. na 10,5 GW 2007.g.

Solarna energija

Svakoga sata na Zemlju stigne sunčeve emergije koliko je potrebno da zadovolji svjetsku godišnju potrebu za energijom To je čista energija koja korištenjem ne stvara nikakvo daljnje zagađenje, obnovljiva je i praktično neiscrpna. Tomas Edison: “Stavljam svoj novac na sunce i isolarnu energiju. Kakav izvor snage! Nadam se da nećemo morati čekati dok nafta i ugalj budu potrošeni prije nego je uhvatimo.” Na sunčanom danu, svijetlost koja vam pada na lice napustila je Sunce 8 minuta ranije. U tom vremenu je prevalila oko 150 miliona kilometara. Sunčeva svjetlost puna je sićušnoh paketića energije koji se zovu fotoni i kreću se 300.000 kilometara u sekundi. Kada fotoni "udare" na solarni panel njihovo kretanje može se pretvoriti u elektricitet ili koristiti za zagrijavanje vode. Solarna energija se koristi bilo da svjetlost pretvara direktno u eleketričnu energiju – fotonaponska solarna postrojenja ili da toplotom zagrijava tekućinu i proizvodi paru koja pokreće generator – termalna solarna postrojenja. Termalna primjena je široko rasprostranjena i raznolika. Koristi se za grijanje prostora, provjetravanje, u industrijskim procesima, kuvanje, destilaciju, dezinfekciju i mnogo drugog.Fotonaponski sistem pretvara manji dio energije sunčeve svjetlosti direktno u električnu energiju. Fotonaponske ćelije su izrađene od silikona i poluprovodnika.Kada se silikon kombinuje sa jednim ili više drugih materijala on pokazuje jedinsvena električna svojstva u prisustvu sunčeve svjetlosti. "Udarom" fotona na površinu pobuđuju se elektroni i kreću se kroz silikon. Ova pojava se zove fotonaponski efekat i njen rezultat je direktni tok elektriciteta- istosmjerna struja.Postoje tri osnovne vrste fotonaponskih sistema zavisno od kakvog su silikona izrađene solarne ćelije: monokristalni, polikristalni i amorfni 

Monokristalne solarne ćelije danas uspijevaju pretvoriti najviše do 25% sunčeve energije u električnu, polikkristalne manje od 20%, a ćelije od amorfnog silikona tek 10% zbog većeg gubitka energije unutar amorfnog nego monokristalnog silikona. Punjenje baterija, kao mogućeg skladišta energije za period noći ili oblačnih dana, reguliše se regulatorom koji se brine da se one ne napune previše (grijanje, oštećivanje) ili pak previše ne isprazne (oksidacija i sulfatiziranje unutrašnjih elektroda, smanjenje životnog vijeka). Zbog toga regulator upravlja tokom punjenja i pražnjenja.Radni napon je obično 12 V / 24 V istosmjernog napona (koji puni baterije) ili se vrši pretvaranje u standardni napon 220V/ 50 Hz na koji smo navikli u domaćinstvu.Po načinu skladištenja energije:- Direktni, samostalni, izdvojeni sistemi koji trenutno troše sve što prozvedu, a tipični primjer je crpljenje vode za navodnjavanje.- Baterijski, samostalni sistemi koji višak energije spremaju u punjive baterije, a tipični primjer je napajanje zabačenog seoskog domaćinstva gje nema elektromreže.- Mrežno povezani, koji je nakon ugradnje interaktivno povezan i sinhronizovan sa elektromrežom, te kad ima viška energije istu utiskuje u mrežu (i naplaćuje), a kad energije nedostaje razliku uzima iz mreže (i plaća se).http://sunce.org/index.php?strana=Obnovljivi-izvori-energije

  How an organic solar cell works

Conventional solar cells consist of two semiconductor layers. At the boundary surface of these layers, an electric field develops. Impinging photons liberate charge carriers—electrons and holes (i.e. ions lacking electrons) that are conducted to the cell’s metallic contacts. This causes current to flow in the external electric circuit. Even organic semiconductors can be excited by photons. But when these absorb light, no free electrons are initially generated. Instead, excitons are created—electron-hole pairs that are linked by electromagnetic forces and must first be separated. This separation is achieved by two layers—one that readily emits electrons (a donor) and another that readily receives them (an acceptor). If such an exciton migrates to the boundary surface between the two layers, the donor transfers an electron to the acceptor. Those charge carriers are conducted to the external electrodes, and the unit generates electric current. Instead of using several layers, composites of two organic materials can also be used (see illustration below). In such cells, donor and acceptor substances, which serve as hole and electron conductors respectively, are mixed. As a result, the entire volume of the solar cell is utilized. In the most successful solar cells, a conjugated polymer, such as poly-(3-hexylthiophene), is used as a donor, and a fullerene as an acceptor.

Downloads Article as a PDF

Contact Addresses and questions on "Pictures of the Future"

 siemens.com worldwide |

© Siemens AG 2002-2010   -   Corporate Information | Privacy Policy | Terms of Use | Digital ID

www.siemens.com/innovation

Izumitelj jeftinih solarnih ćelija koje će se postavljati u prozorska stakla budućnosti osvojio je najveću nagradu za tehnologiju - Millenium Technology Prize za 2010.Profesor Michael Grätzel (66) s Tehnološkog instituta u Lausanni u Švicarskoj osvojio je 800.000 eura za svoje otkriće koje oponaša način na koji biljke pretvaraju svjetlost u energiju. Nagradu svake dvije godine dodjeljuje Finska tehnološka akademija (FTA). 

'Visoka cijena uvijek je bila ograničenje u razvoju solarne energije. Grätzelove ćelije omogućuju njezinu znatno povoljniju eksploataciju', rekla je Ainomaija Haarla, predsjednica akademije.

'Grätzelova inovacija imat će važnu ulogu u traženju jeftinih izvora obnovljive energije.'

Profesor Grätzel je za BBC izjavio da je priznanje za njega velika čast.

'Uvijek me je intrigirao način na koji biljke hvataju i pretvaraju Sunčevu energiju u gorivo poput šećera. Prirodna fotosinteza mi je bila inspiracija, a naše ćelije su jedine koje ju oponašaju', rekao je švicarski znanstvenik. 'U staklima koristimo filmove nanokristala čije su čestice tako sićušne da ne raspršuju svjetlost. Zamislite da se te ćelije koriste kao proizvođači struje u prozorima... Zamislite staklene zidove zgrada u New Yorku kako djeluju kao solarne ploče.'

Grätzelove ćelije odnedavno se komercijalno koriste u obliku naprtnjača koje pune baterije. Temelje se na poluvodičima koji se formiraju između fotosenzitivne anode i elektrolita. Napravljene su od vrlo jeftinih materijala, a za pretvaranje energije nije im potreban složeni mehanizam. Moći će se postavljati u staklene i plastične ploče. Iako im je efikasnost konverzije manja nego kod ćelija tankih filmova odnos cijene i učinka trebao bi ih učiniti konkurentima fosilnih goriva. 

Drugu i treću nagradu u iznosu od 150.000 eura dobili su britanski znanstvenici, sir Richard Friend za diode koje zrače svjetlost te profesor Stephen Furber za dizajn mikroprocesora ARM 32-bit RISC koji koriste i Apple i Microsoft.

Sunce + Voda = Gorivosubota, 29 avgust 2009 11:55 Draško Dragović

Prevod teksta „Sun+Waret=Fuel" Kevina Bullisa iz časopisa „Technology"

Sa katalizatorima koje je stvorio jedan hemičar sa MIT, sunčevo svetlo može da pretvara vodu u vodonik. Ako bi mogli da uvećamo taj proces, solarna energija bi postala dominantni izvor evergije

13. avgust. 2009.

„Sada ću vam pokazati nešto što do sada nisam nikom." Tim rečima se pre jedno šest

meseci Daniel Nocera, profesor hemije sa MIT, obratio auditorijumu odabranih naučnika i vladinih

zvaničnika zaduženih za energetiku. Od svog pomoćnika je zatražio da zamrači salu, a potom je upalio

projektor. „Vidite li ovo?" upitao je prisutne uzbuđenim glasom, pokazujući na mehuriće koji su se podizali sa

tajanstvenog materijala potopljenog u menzuru. „Sa ove elektrode oslobađa se kiseonik." A onda je dodao

tajanstvenim glasom: „Ovo je budućnost. Pred sobom vidite - list."

Ono što je prikazivala Nocerina demonstracija bila je hemijska reakcija kojom se iz vode dobija kiseonik, kao

što to rade zelene biljke u procesu fotosinteze - uspeh koji može da ima dalekosežne implikacije na sve

izvesniju globalnu energetsku krizu. Potpomognuta katalizatorom, reakcija predstavlja prvi i najteži korak u

razlaganju vode radi dobijanja vodonika. A uspešno dobijanje vodonika iz vode, veruje Nocera, pomoglo bi

da se prebrodi glavna prepreka koja sprečava da solarna energija konačno postane dominantni izvor

električne energije, pošto za sada ne postoji jeftin način za čuvanje energije prikupljene solarnim panelima,

koja bi mogla da se koristi noću ili tokom oblačnih dana.

Solarna energija poseduje jedinstven potencijal da daje veliku količinu čiste energije koja ne učestvuje u

globalnom zagrevanju. Ali bez mogućnosti jeftinog uskladištenja te energije, solarna energija neće moći u

većem obimu da zameni danas dominantna fosilna goriva. Ali prema Nocerinom scenariju, sunčeva svetlost

bi mogla da razlaže vodu na univerzalno godonično gorivo, lako za čuvanje, koje može da sagoreva u

generatorima sa unutrašnjim sagorevanjem, ili u rekombinaciji sa kiseonikom, u gorivim ćelijama [1] . Još

bolje, za reakciju bi mogla da se upotrebljava i morska voda; u tom slučaju bi pored električne struje mogli

da jeftino dobijamo i pijaću vodu.

Čuvanje energije sa Sunca imitiranjem procesa fotosinteze ideja je koju naučnici pokušavaju da

materijalizuju još od sedamdesetih godina prošlog veka. Posebno ih je interesovalo da ponove način na koji

zelene biljke razlažu vodu. Hemičari su, naravno, odavno pronašli način da razlože vodu, ali on zahteva

visoku temperaturu, neprijatne aklalne rastvore, ili retke i skupe katalizatore, kao što je, recimo, platina.

Nocera je ponudio jeftin katalizator, koji stvara kiseonik iz vode na sobnoj temperaturi i bez jakih hemikalija -

u istim benignim uslovima koje se sreću i kod biljaka. Nekoliko drugih katalizatora, uključujući i jedan

Nocerin, mogli bi da pomognu da se proces kompletira i stvori se vodonik.

Nocera vidi dva načina na koje će njegov pronalazak da napravi benefit. Kao prvo, konvencionalni solarni

paneli će sakupljeti sunčevu energiju i proizvoditi elektricitet; za uzvrat, ta struja će pokretati uređaj koji se

naziva elektrolizator, koji će uz pomoć njegovog katalizatora da razlaže vodu. Drugi način uključuje sistem

koji mnogo bliže imitira strukturu lista biljke. Katalizator bi se nanosio premazima specijalne boje koja sadrži

molekule katalizatora koji će da apsorbuju sunčevu svetlost; tako zarobljena energija će pokretati

vodorazgradljivu reakciju. U oba slučaja, solarna energija će moći da se konvertuje u vodonično gorivo koje

je dalje lako moguće skladišiti i koristiti noću - ili bilo kada kad nam zatreba.

Nocerine smele trvrdnje o važnosti njegovog pronalaska nisu nešto o čemu akademski hemičari rado

pričaju. Brojni eksperti su zabrinuti kako će se njegov sistem ponašati kada se uveća i kako će se

ekonomski pokazati. Ali na sve te sumnje Nocera odgovara sa smeškom. „Sa ovim otkrićem, totalno ću

promeniti tok priče," rekao je auditorijumu na majskom predavanju. „Svi prevaziđeni argumenti će da lete

kroz prozor."

Tamna strana solarne energije

Sunčeva svetlost je najveći potencijalni izvor obnovljive energije na svetu[2], ali lako može da se desi da

čitav taj potencijal ostane nerealizovan. Ne samo da solarni paneli ne funkcionišu noću, već i preko dana

njihova snaga raste i opada ako oblaci prolaze iznad njih. To je razlog zbog koga je većina solarnih panela

danas - bez obzira da li se radi o onima na umreženimvelikim solarnim farmama ili onima na krovovima kuća

i fabrika - ipak dodatno prikopčana na električnu mrežu. Tokom sunčanih dana, kada su uslovi za solarne

panele idealni, domaćinstva i kompanije mogu da prodaji višak energije elektrodistributivnoj mreži, ali

generalno, svi oni moraju da budu u mreži tokom noći, ili kada oblaci zamrače panele.

Takav sisrem funkcioniše jedino zahvaljujući tome što danas solarna energija tek malim procentom

učestvuje u ukupnoj proizvodnji električne struje: u Sjedinjenim Državama čini tek1 procenat ukupne

proizvodnje (u svetu manje od 0,02% ukupne svetske proizvodnje). Sa eventualnim porasom tog procenta,

nepouzdanost sistema bi predstavljao ozbiljan i narastajući problem.

Ali ako bi proizvodnja solarne energije dovoljno porasla da pokriva makar 10 procenata ukupnih današnjih

potreba za električnom energijom, elektrodistributivna mreža bi morala da odluči kako će reagovati ako se

tokom najveće potrošnje navuku oblaci, glasno razmišljaRyan Wiser, naučnik koji proučava energetsko

tržište za Nacionalnu laboratoriju Lawrence Berkeley, u Kaliforniji. Ili će da podignu dodatne centrale na

prirodni gas i tako kompenzuju manjak energije, ili će da investiraju u sisteme za čuvanje energije. Trenutno

je prva opcija jeftinija, a Wiser podseća: „Čuvanje električne energije još uvek je preskupo."

Ali ako bi solarna energija pokrivala više od 20 procenata ukupnih današnjih potreba za strujom, smatra on,

počela bi da ulazi u ono što nazivamo osnovnim unosom energije, onim iznosom koja je potreban za

pokrivanje minimalnih potreba jednog društva. Jasno je da potrebno da se osnovni unos energije (koji

trenutno pokrivaju uglavnom termoelektrane) relativno konstantno popunjava. Solarna energija to nemože

da obezbedi, jer nije u stanju da se u većem obimu koristi 24 časa na dan, po dobrom ili lošem vremenu.

Ukratko, da bi solarna energija postala primarni izvor struje, moraće da se reši problem njenog uskladištenja

u velikim razmerama. Opcije koje se danas nude za čuvanje elektriciteta veoma su nepraktične u dovoljno

velikim razmerama, smatra Nathan Lewis, profesor hemije sa Caltecha. Razmotrimo najjeftiniji metod: uz

pomoć električne struje voda se pumpa na visinu a onda se odozgo pušta na turbine koje kasnije proizvode

elektricitet. Jedan kilogram vode izbačen pumpama na 100 metara visine sadrži oko 1 kilodžul energije. Za

poređenje, kilogram benzina sadrži oko 45.000 kilodžula. Sačuvati dovoljno energije na ovaj način zahtevalo

bi gradnju masivnih brana i ogromnih rezervoara koji bi morali svakodnevno da se pune i prazne. Takođe

problem predstavlja gde naći toliku vodu u sušnim predelima, kao što su Nevada ili Arizona, gde je sunce

posebno jako i dugotrajno.

Takođe su i akumulatori jako skupi: u jednom tipičnom solarnom domaćinstvu povećavaju ukupne godišnje

troškove za dodatnih $10.000. Mada predstavljaju unapređenje, ipak još uvek čuvaju manje energije nego

gorivo poput „nafte" („dizela") i vodonika skladištenog na hemijski način. Najbolji akumulatori mogu da

sačuvaju oko 300 vat-časova energije po kilogramu, podseća Lewis, dok nafta sadrži 13.000 vat-sati po

kilogramu. „Brojevi su očiti pokazatelj da su hemijska goriva jedini način da skladištimo stvarno puno

energije," kaže Lewis. Od predloženih goriva, vodonik ne samo da je potencijalno ekološki čistiji od nafte i

benzina, već prema težini može da uskladišti znatno više energije - oko tri puta više, mada mu trebaju veći

rezervoari, obzirom da je u gasovitom stanju.

Izazov leži u korišćenju sunčeve energije za proizvodnju takvog goriva, ali na jeftiniji i efikasniji način. Tu

nastupa Nocerina ideja da imitira fotosintetički proces.

Fotosinteza u čaši: U eksperimentu koji je podešen da ponovi sve najbitnije uslove za fotosintezu kod

biljaka, Daniel Nocera je demonstrirao lak i potencijalno jeftin način za proizvodnju gasovitog vodonika.

Kada se pusti struja, kobalt i fosfat se u rastvoru (levo) akumuliraju na elektrodi i stvaraju katalizator koji

oslobađa kiseonik iz vode, dok elektroni odlaze kroz elektrodu. Vodonični joni teku kroz membranu; na

drugoj strani se uz pomoć metalnog ktalizatora od nikla stvara vodonik (Nocera je takođe koristio i platinski

katalizator)

 

Imitiranje biljaka

Kod pravog procesa fotosinteze, biljke koriste molekule zelenog pigmenta, hlorofila [3] , da bi uhvatile

sunčevu energiju i upotrebile je u seriji složenih hemijskih reakcija i vodu i ugljen-dioksid pretvorile u

energijom bogate ugljene hidrate, kao što su skrob i šećer (biosinteza). Ali ono što naučnike specijalno

privlači jeste prvi korak u tom procesu, u kome kombinacija proteina i neorganskih katalizatora pomaže da

se voda razbije na kiseonične i vodonične jone (fotoliza vode).

Danas možemo reći da se polje veštačke fotosinteze brzo razvijalo. Početkom sedamdesetih, postdiplomac

sa Tokijskog univerziteta, Akira Fujishima (1942), i njegov mentor, Kenichi Honda, pokazali su da elektrode

napravljene od titanijum-dioksida (TiO2) - glavne komponente bele farbe - mogu lagano da razlažu vodu

kada su izložene svetlosti snažne ksenonske sijalice od 500 vati. Ovo otkriće, kasnije nazvano Honda-

Fujishima efekat, pokazalo je da svetlost može da se koristi za razlaganje vode i van biljaka. Godine

1974.,Thomas Mayer, profesor hemije sa univerziteta Severna Karolina, pokazao je da premazi na bazi

rutenijuma (Ru), izloženi snažnom svetlu, podržavaju hemijsku promenu koja ima potencijal da oksidira

vodu, odn. da privlači elektrone iz nje - što je bio prvo stepenik u razlaganju vode.

Nažalost, nijedna navedena tehnika se nije pokazala praktičnom. Titanijum-dioksid nije mogao da apsorbuje

dovoljno sunčeve svetlosti, a hemijsko stanje izazvano svetlom u Meyerovom premazu bilo je prekratko da

bi moglo da se iskoristi. Ali postignuti napredak zagolicao je maštu mnogih naučnika. „Sasvim je moguće

gledati unapred i videti cilj, a onda, principijelno, polako sastavljati slagalicu," ubeđen je Meyer.

Sledećih nekoliko decenija naučnici su pažljivo proučavali strukturu i materije u biljkama koje apsorbuju

svetlost i čuvaju energiju. Otkriveno je da one imaju savršenu koreografiju kretanja molekula vode, elektrona

i vodoničnih jona - tj. protona, ali je srž samog mehanizma ostala nepoznata. A onda su 2004. godine

istraživači sa londonskog Imperial Collegeaidentifikomali strukturu grupe proteina i metala koji su kod biljaka

od krucijalne važnosti za oslobađanje kiseonika iz vode. Oni su pokazali da je srce tog katalitičkog procesa

u sklopu proteina, atoma kiseonika, i magnezijumskih i kalcijumovih jona koji uzejamno deluju na vrlo

specifičan način.

„Čim smo to shvatili, mogli smo da počnemo sa dizajniranjem sopstvenog sistema," seća se Nocera, koji još

od 1984. pokušava da u potpunosti shvati hemiju fotosintetskog prosesa. Čitajući tu „mapu puteva", kaže,

njegova istraživačka grupa je uspela da natera protone i elektrone da rade isto ono što rade i u biljci - ali

korišćenjem isključivo neorganskih materijala, koji su mnogo robusniji i stabilniji od proteina.

Prvobitno, Nocera se nije prihvatio najvećeg izazova, a to je dobijanje kiseonika iz vode, već se bavio

obrnutim procesom: kombinovanjem kiseonika sa protonima i elektronima da bi dobio vodu. Tada je otkrio

da određena složena jedinjenja na bazi kobalta predstavljaju dobre katalizatore za te reakcije, tako da je,

kada se odlučio da pokuša da razloži vodu, iskoristio već proverena kobaltna jedinjenja.

Nocera je bio svestan da rad sa tim jedinjenjima u vodi može da stvara probleme budući da se kobalt lako

rastvara. Zato se nije iznenadio kada je, kaže, „posle nekoliko dana shvatio da je kobalt nestao iz svih

pripremljenih jedinjenja". Kada je taj pokušaj propao, odlučio se za sasvim drugačiji pristup. Umesto da

koristi složena jedinjenja, testirao je katalitičku aktivnost rastvorenog kobalta, uz mali dodatak fosfata u vodi

da bi pospešio reakciju. „Rekli smo, hajde da zaboravimo sve te pripremljene stvari i direktno upotrebimo

kobalt."

Solarna energija ide solo: Veštačka fotosinteza bi mogla da pruži praktičan način za sakupljanje energije

proizvedene na solarni pogon, i tako oslobodi kućna domaćinstva električne mreže. Na prikazanoj šemi,

struja iz solarnih panela pokreće elektrolizator, koji razlaže vodu na vodonik i kiseonik. Vodonik se skladišti;

tokom noći ili oblačnih dana od puni gorive ćelije i proizvodi električnu struju za osvetljenje, uređaje, pa čak i

električni automobil. Tokom vedrih i sunčanih dana, deo soladne energije se koristi direktno, preskačući fazu

vroizvodnje vodonika.

 

Eksperimenat je protekao bolje nego što su Nocera i njegove kolege i sanjali. Čim je puštena struja kroz

elektrode uronjene u rastvor, kobalt i fosfat su počeli da se sakupljaju okolo u vidu tankog filma, a nakon par

minuta stvorio se gust oblak mehurića. Naknadni testovi su potvrdili da su mehurići u stvari kiseonik nastao

razlaganjem vode. „Bila je to čista sreća," priča Nocera. „Nije bilo razloga da očekujemo da će obični kobalt i

fosfat, naspram čistog kobalta koji smo pre toga koristili u načim jedinjenjima, pokazati tako dobro. To nisam

mogao da predvidim. Ono što je otpadalo sa pripremljenih uzoraka preobratilo se u ono što nam je bilo

potrebno."

„Sada nam je samo potrebno da sve ovo shvatimo," nastavlja on. „Pokušavam da razumem zašto je taj

tanak film kobalta toliko aktivan. Onda bih možda mogao to da poboljšam, ili da korišćenjem različitih metala

u iste svrhe pojačam reakciju". U isto vreme, Nocera želi pokrene razgovore sa inženjerima u cilju

optimizacije procesa i stvaranju efikasne ćelije za razlaganje vode, u kojoj će biti inkorporirani katalizatori za

stvaranje i kiseonika i vodonika. „Stvarno smo zainteresovani za bazičnu nauku. Možemo li da stvorimo

katalizator koji će efikasno raditi u uslovima fotosinteze?" kaže on. „Sada znamo da je odgovor potvrdan.

Konačno imamo tehnologiju za realizaciju takvih ćelija."

Početak debate

Neocerino otkriće je izazvalo ogromnu pažnju i komentare stručne javnosti, od kojih neki nisu bili baš

laskavi. Mnogi hemičari nalaze da su njegove tvrdnje preterane; oni ne osporavaju njegova istraživanja već

sumnjaju u njihove konsekvence. „Tvrdnja da je to odgovor na veštačku fotosintezu prosto je smešan,"

kaže Thomas Meyer, koji je bio Nocerin mentor. Dalje dodaje da je Nocerini katalizatori „mogu da se

pokažu kao tehnološki značajni", ali da „nema garancija da će funkcionisati u velikim sistemima pa čak ikada

postati praktični."

Mnoge kritike se tiču nesposobnosti Nocerinog laboratorijskog eksperimenta da ni približno tako brzo

razgrađuje vodu kao što to rade sadašnji komercijalni elektrolizatori. Oni su manji i stvaraju dovoljnu količinu

vodonika i kiseonika. A manji sistemi, u principu, znače i jeftinije sisteme.

Način da se uporede različiti katalizatori ogleda se u „gustini struje" - električnoj struji po kvadratnom

santimetru - prilikom njihove maksimalne efikasnosti. Što je struja jača, to se stvara više kiseonika. Nocera

je prijavio da dobija 1 miliamper po kvadratnom santimetru, a da je nakon toga postizao i 10 miliampera.

Komercijalni elektrolizatori stvaraju u proseku oko 1.000 miliampera po kvadratnom santimetru. „Ovo što je

objavio nikada neće moći da se koristi u komercijalne svrhe, bar ne dok ne postigne 800 do 2.000 puta veću

gustinu struje," izjavio je John Turner, stručnjak u Nacionalnoj laboratoriji za obnovljivu energiju u Goldenu,

u Koloradu.

Neki drugi eksperti dovode u pitanje čitav princip konvertovanja sunčeve svetlosti u elektricitet, potom u

hemijsko gorivo, a zatim ponovo u električnu energiju. Oni podsećaju da jeste tačno da akumulatori skladište

manje energije od hemijskih goriva, ali su zato daleko efikasniji, zato što korišćenje struje za stvaranje

goriva a zatim korišćenje goriva za dobijanje struje dovodi do značajnih energetskih gubitaka u svakoj od

navedenih faza. Bilo bi bolje, smatraju oni, da se napori fokusiraju na unapređenje tehnologije proizvodnje

akumulatora ili sličnih načina skladištenja struje, nego na razvoj razlagača vode i gorivih ćelija. Kako

napominjeRyan Wiser, „Elektroliza je [trenutno] neefikasna, pa zbog čega onda raditi sve to?"

Veštački list

Međutim, možda Michael Grätzel ima bolji način da iskoristi Nocerin pronalazak u praktične svrhe. Profesor

hemije i hemijskog inženjeringa na Državnoj politehničkoj školi (École Polytechnique Fédérale) u Lozani, u

Švajcarskoj, bio je prvi čovek kome je Nocera poverio da je pronašao novi katalizator. „Bio je tako uzbuđen,"

seća se Grätzel. „Odveo me je u jedan restoran i naručio bocu jako skupog vina."

Još 1991. Grätzel je pronašao novi tip solarne ćelije. Koristio je premaze koji sadrže rutenijum, koji se

ponaša slično hlorofilu u biljkama, koji apsorbuju svetlost a oslobađaju elektrone. U Grätzelovim solarnim

ćelijama, međutim, elektroni nisu podsticali reakciju razlaganja vode već su stvarali film titanijum-dioksida i

direktno kroz spoljnje kolo stvarali struju. Grätzel trenutno razmišlja o načinu na koji bi integrisao svoje ćelije

sa Nocerinim katalizatorom u jedan uređaj koji bi sakupljao sunčevu energiju i koristio je za razlaganje vode.

Ako bi se ispostavilo da je u pravu, to bi bio značajan korak u stvaranju uređaja koji bi, na mnogo načina,

zamenio običan list. Ideja je da Grätzelov premaz zameni elektrodu na kome se formira katalizator u

Nocerinom sistemu. Sam premaz, kada se izloži svetlosti, stvaraće dovoljno napona potrebnog za stvaranje

katalizatora. „Premaz će se ponašati kao molekulski vod koji će odvoditi struju," smatra Grätzel. Nakon toga,

katalizator će se sakupljati baš tamo gde treba, a to je na premazu. Kada se jednom stvori katalizator,

omogućiće da apsorbovana solarna energija premaza otpočne reakciju razlaganja vode. Grätzel je potpuno

siguran da bi takav uređaj bio znatno efikasniji i jeftiniji od solarnih panela i elektrolizatora korišćenih

pojedinačno.

Druga mogućnost koju je Nocera istraživao bila je da li njegov katalizator može da se koristi za razgradnju

morske vode. Početni testovi, koje je izvodio u prisustvu soli, bili su pozitivni, a sada mu predstoji da proveri

kako će se reakcija odvijati uz prisustvo drugih jedinjenja koja su prisutna u morima. Ako sve bude išlo

glatko, Nocerin sistem bi mogao da reši mnogo više od energetske krize; mogao bi da razreši i globalno

narastajući problem čiste, pijaće vode.

Veštačko lišće i sistem za desalinizaciju koji daje energiju možda zvuče kao grandiozna obećanja. Ali prema

mišljenju mnogih naučnika, takva mogućnost je ludački blizu; hemičari koji su tražili nove tehnologije u

energetici decenijama su sa podsmehom gledali na činjenicu da biljke tako lako koriste sunčevu svetlost u

pretvaranju velike količine materijala u molekule bogate energijom. „Mogli smo samo da posmatramo kako

se to dešava svuda oko nas, ali to je bilo nešto što nama nije polazilo za rukom," priznaje Paul Alivisatos,

profesor hemije sa Kalifornijskog univerziteta Berkeley, koji vodi projekat Nacionalne laboratorije Lawrence

Brekeley imitacije fotosinteze u hemijskom smislu.

Ali uskoro, koristeći idejne nacrte same prirode, ljudi bi mogli da koriste Sunce u „dobijanju goriva iz čaše

vode," kako je to sam Nocera nazvao. Ta ideja ima jednu eleganciju koju nijedan hemičar ne može da

porekne - i mogućnosti u koje svi treba da polažemo nadu.

[1] U načelu, to je električna ćelija koja putem oksidacije gasnog goriva u kontinuiranom procesu direktno

stvara električnu energiju za pogon. Stepen iskorišćenosti je 65-80%. Postoje mnoge kombinacije goriva i

oksidanata. Vodonične ćelije koriste vodonik kao gorivo a kiseonik kao oksidant, ali kao gorivo mogu da

posluže i razni ugljovodonici i alkoholi. Bipolarne ploče elektroda (od metala ili ugljeničnih nanocevi)

prevučene su slojem katalizatora od platine ili paladijuma.

[2] Prosečno, 1 m2 površine naše planete dobija 1.366 W energije, što je ekvivalentno 1,96 kalorija/min/cm2.

Zbog promene Zemljine udaljenosti od Sunca, ta vrednost godišnje varira za 6,9% (od 1.412

W/m2 početkom januara, do 1.321 W/m2 početkom juna).

[3] Na grčkom, χλωρός, (hloros ) znači "zelen", a φύλλον (phyllon) "list".

 

Još o solarnoj energiji

Sunce i ovce

Koliko smo mi daleko od   solarne   energije?

Priča o ideji da se Sunčeva energija prikuplja iz svemira i šalje na Zemlju.

Kako iskoristiti sunce   Solarna   zemunica Covek je vremenski gledano   ...

Solarna zemunica. Covek je vremenski gledano najduze nastanjivao pecine i zemunice koje su pruzale

termicku stabilnost, ali slabu zastitu od napada zveri ...

Hoće li nam naplaćivati i sunčanje?

Kao što su vizionari i zamislili, džinovski solarni kolektori, ... "Za to vreme će solarni paneli na Zemlji postati

još jeftiniji," kaže Robert McConnell, ...

 

 

 

About the author dipl. inž. Draško I. Dragović

Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina

članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua.

Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i

problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i

lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći.

Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova

enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU

ČOVEČANSTVA"

http://www.astronomija.co.rs/nauka/fizika/1229-sunce-voda-gorivo.html