Zagađenje i zaštita vazduha
Seminarski rad
Sadržaj
Zagađenje i zaštita vazduha pri proizvodnji energije
Uvod
Pokretački mehanizam svih procesa i pojava, u celom univerzumu, je energija. Ona se ne stvara tako lako, već se transformiše iz jednog oblika u drugi. Zato se kaže, još, da energija protiče, dok materija kruži. Čovek, a ni drugi biološki sistemi, nisu u mogućnosti da formiraju energiju ni iz čega, što znači da na nivou naše planete Zemlje, nema mogućnosti konstriusanja Perpetuum mobille-a, u pravom smislu te reči (prve vrste, ali i oni ostalih vrsta su veoma diskutabilni), što je moguće matematički dokazati. Nešto najbliže tome predstavljaju fuzioni procesi zvezda, koji, dalje, osiguravaju energiju za ostale reakcije i druge vidove energije u svojim galaksijama. Ipak, naučnici se i danas prepiru oko ,,Big bang-a’’ (,,Velikog praska’’), a koji, nesumnjivo, predstavlja iskru materije i energije, i njihov prethodni generator, dok pre njega, nije bilo ničega. Naziv ove ,,varnice’’ ili praiskonske čestice je Higsov bozon.
Sada su materija i energija imale dosta vremena da se organizuju i akumuliraju, ili u vidu fizičkih sila i hemijskih veza, ili u vidu kaustobiolita (fosilnih goriva), ili meteoroloških i klimatoloških parametara. Od svih ovih vidova energije i materije, čoveka su najviše zainteresovala fosilna goriva (ugalj, nafta, gas, ...), a koja su se sedimentirala milionima godina (najznačajnije naslage su, svakako, iz perioda Karbona, koji pripada Paleozoiku). Sve njih, dolaskom ,,industrijske revolucije’’, čovek intenzivno sagoreva, i pri tome naglo, ponovo, vraća u globalne geohemijske i biološke cikluse, i pritom ih preraspodeljuje.
Bilo bi dobro kada bi energija iz ovakvih izvora bila isključivo produktivna i pozitivna. Ali, nije tako. Celokupno trenutno ,,blagostanje’’ koje vlada na Zemljinoj kugli, a koje se može zahvaliti eksploatacijom mineralnih sirovina i resursa, za sobom povlači i brojne, nesagledive, a štetne i, čak, užasavajuće konsekvence po nas same, ali i po druge organizme. Krajnje je vreme da se to promeni, a pomoć u tome osigurava znanje i njegova pravilna i pravovremena primena. Ovaj rad predstavlja mali i skroman doprinos tom cilju.
Proizvodnja energije
Industrijsko snabdevanje energijom se vrši posebnim postrojenjima, specijalne namene za ovu svrhu. Takva postrojenja se nazivaju energane. Na samom početku, rečeno je da ne postoje uslovi za produkciju (stvaranje, nastajanje), odnosno, postanje energije, već se radi o mehanizmima koji transformišu jedne oblike energije, u neke druge, nove. Zbog najveće potražnje za električnom energijom, odgovarajuće ustanove koje je generišu, prikladno se nazivaju elektranama (centralama). Kako dobijanje električne energije prepoznaje nekoliko različitih, polaznih metoda, tako postoje brojne klasifikacije i podele energetskog sektora.
Najpre, struja koja se dobija u elektranama, može biti jednosmerna, a može biti i naizmenična, što čini podelu energetike prema vrsti iste. Sledeća, krucijalna podela, razvrstava energane prema vrsti ,,goriva’’ koje koriste i prema tipu izvora ,,primarne energije’’. Tako se one dele na centrale sa neobnovljivim izvorima energije, i na one koje koriste obnovljive izvore energije. U prve spadaju termoelektrane (na ugalj, gas – plin, dizel elektrane, pa i nuklearne, tj. atomske elektrane), a u druge hidroelektrane (elektrane na plimu i oseku, elektrane na morske talase), elektrane na vetar (vetroelektrane), solarne, geotermalne elektrane, i elektrane na biomasu (biogorivo).
Od svih pobrojanih, elektrane na obnovljive izvore energije, ne produkuju zagađenja, a produktivitet im je solidan. Sa druge strane, elektrane koje crpe neobnovljivu energiju, imaju višestruko veće energetske prihode, ali izazivaju izrazito zagađenje svih komponenti životne sredine (vazduha, zemljišta i voda), sa posebnim akcentom na aerozagađenje, ili zagađenje atmosfere. Zato, u narednoj priči, termoelektrane pratimo u kontekstu zagađenja, a sve ostale energane vezujemo za alternativne izvore energije kojima se vrši zaštita vazduha i atmosfere.
Neobnovljiva energija
Rečeno je da u neobnovljive izvore energije spadaju kaustobioliti, odnosno, fosilna goriva u vidu uglja, nafte i gasa (što se sagoreva u ,,tradicionalnim’’ ili ,,konvencionalnim’’ termoelektranama – TE), i nuklerano gorivo u vidu nuklearnih hemijskih elemenata iz periodnog sistema (što se ,,raspada’’ u atomskim, tj. nuklearnim elektranama – NE).
Pošto su u elektroprivredi najzastupljenije termoelektrane na čvrsta i tečna fosilna goriva, najpre ćemo o njima nešto reći. Osnovni delovi svake energane, ili elektrane, pa tako i termoelektrane jesu turbina i generator koji produkuju, najčešće, naizmeničnu struju. Turbina je uređaj kojim se kinetička energija goriva, pretvara u mehaničku energiju koja rotira istu. Turbine u termoelektranama mogu biti parne i gasne (plinske). Na turbinu se nadovezuje generator struje, koji električnu energiju dobija iz, prethodne, mehaničke. Kako je u pitanju motor, tačnije, elektromotor, logično je da se jedan ovakav generator sastoji od nepokretnog dela (statora), koji pokriva i drži pokretni deo (rotor). Turbina i njena osovina (vratilo) koja je povezana sa vratilom, tj. osovinom generatora i sam generator, odnosno, njegov rotor, jesu glavni delovi termoelektrana, ali to ne znači da su drugi manje važni i da nisu ,,vitalni’’. Pre nego što navedemo i ostale particije elektrana, moramo navesti njihovu ,,podpodelu’’. Prema vrsti pokretača turbine, a koji nastaje dejstvom ,,primarne energije’’, odnosno, goriva, razlikujemo gasno(plinsko)-turbinska (kružna), parno-turbinska, i kombinovana postrojenja. Zbirno, delovi ovakvih termoenergetskih postrojenja su: generator pokretača (pare) sa sastavnim delovima (kondenzator, kondenzatorska pumpa, napojna pumpa, rashladni toranj sa rezervoarom napojne vode i pregrejačima, međupregrejačima pare, ekonomajzerom, ...), turbina, i generator električne energije. Generatori pare mogu biti čelični, tj. liveni, i posebne namene. Podvrste čeličnih su vatrocevni, vodocevni (horizontalni sa ravnim cevima, i vertikalni sa savijenim cevima kod kojih se primenjuje prirodna ili prisilna cirkulacija, kao kod protočnih generatora), i cilindrični generatori pare. Tu su još i: kompresori, komora za sagorevanje, grejači vazduha, itd. Naveli smo samo tehnologiju, a posle se bavimo procesima.
Atomske centrale (nuklearke), sastoje se iz: reaktora sa vodom pod pritiskom, kompresora, parogeneratora (,,U-cevi’’), nuklearnog reaktora (brzi-oplodni i termalni) sa gorivom, hladiocem (rashladnim fluidom – gas, voda pod pritiskom), moderatorom (grafit, ili voda koja je i moderator i hladioc), parne turbine, i električnog generatora. Ostali delovi, tzv. sekundarnog kruga su: kondenzator, rashladne pumpe, i primarne pumpe centrifugalnog tipa. Bitno je da proizvodnja električne energije nastaje kontrolisanom (dirigovanom) nuklernom reakcijom fisije, pri čemu se uranovo (U) jezgro (plutonijumovo) bombarduje termičkim neutronom (n), uz izdvajanje izotopa kriptona (Kr), barijuma (Ba), brzih neutrona, i energije (E) od, oko, 200 megaelektronvolti (formula 2.1).
Inače, to je lančana reakcija (sl. 2.1), sa jednakostima: 1 g U = 8,16∙1010 J = 2 t dizela.
Obnovljiva energija
U elektrane koje koriste obnovljive izvore energije, ponavljamo se, spadaju hidroelektrane (HE), vetroelektrane, solarne elektrane, elektrane na biogorivo, i geotermalne elektrane. U hidrocentrale podpadaju i elektrane na plimu i oseku, kao i one na morske talase.
Od svih pobrojanih, najrentabilnije su ,,klasične’’ hidroelektrane, tj, hidrocentrale. A one, slično, termoelektranama, poseduju hidrauličnu turbinu, i generator, kao njihove glavne komponente. Pogon i proizvodnju električne energiju obezbeđuje, razume se, protok vode. Elementarni delovi svake hidrocentrale dati su na priloženoj slici (sl. 2.2), gde je: A-akumulacija, rezervoar vode; B-zgrada; C-turbina; D-generator; E-ulaz vode; F-cev za vodu; G-visokonaponske linije; H-reka. Po količini vode koja protiče kroz postrojenje i po kontrukciji, razlikuju se tri vrste hidroelektrana. Prva je akumulaciona, koja struju transformiše iz potencijalne energije akumulacionog jezera (koje je na višem nivou od turbine, kako bi se osigurao potreban pad), a koje nastaje pregrađivanjem i zaustavljanjem toka povoljne reke, pomoću brana. Ovde se koriste ,,Francisova’’ (kada ima dovoljno vode) ili ,,Peltonova’’ (kada je mali protok, ali visok vodostaj) turbina. Drugi tip je reverzibilna hidrocentrala, koja je po konstrukciji slična akumulacionoj, samo što ima dodatne pumpe koje recirkulišu (vraćaju) iskorišćenu vodu ponovo na polaznu tačku (jezero). Kako mogu balansirati suficit i deficit vode (električne energije), one služe uravnoteženju proizvodnje i potrošnje u elektrodistributivnoj mreži. Treća varijanta hidroelektrane je protočna centrala. Ona ne koristi visinu (nivo) vode, jer je ta razlika u padovima reke ispred i iza elektrane mala. Ona jedina ne koristi potencijalnu energiju, već kinetičku energiju rečnog toka, iz čega sledi da je, ista, zavisna od trenutne količine rečne vode. Za ovu svrhu se primenjuje ,,Kaplanova’’ turbina (koja koristi protok vode, dok visinsku razliku zanemaruje). Generalno, hidrocentrale koriste pritisnu (potisnu) silu vode kao primarnu energiju, a tek onda kinetičku energiju kao sekundarnu. U Srbiji godinama posluje hidroelektrana ,,Đerdap’’ (sl. 2.3) na Dunavu.
Hidroelektrane na plimu i oseku, a samim tim i na morske talase, primenjuju tehnologiju protočnih hidrocentrala. Najpoznatija elektrana na plimu i oseku sagrađena je 1960. godine, u Francuskoj (na ušću reke Rance), i još uvek je operativna (sl. 2.3).
Elektrane na vetar (vetrenjače) koriste energiju vetra, koja može biti znatna. Shodno tome, u stanju su da obezbede dovoljne količine električne energije. Međutim, vetroelektrane imaju i mane. Neke od njih su da lišavaju života mnoge ptice i insekte, a mogu, svojom kontinuiranom bukom, uticati i na čovekovo duševno raspoloženje, ako su ovakve elektrane postavljene suviše blizu ljudskih naseobina i naselja. Tako, one mogu prouzrokovati nesanicu, anksioznost, depresiju, razne blaže neuroze, ali i teže poremećaje ličnosti, pa čak i jaka psihotična stanja. Postavljaju se na kopnu, ali i na vodi, gde preovladava vetar (sl. 2.3).
Solarne elektrane su sve više u upotrebi, a jedna takva (i to najveća) se planira za gradnju i u našoj državi, u vidu ,,solarnog parka’’ čija realizacija treba da otpočne. Biomasa (biodizel) se koristi sa deponija organskog otpada, i kao gasno, i kao tečno gorivo. Geotermalne elektrane koriste toplotu geomorfoloških, vodnih formacija (gejzira).
Zagađenje vazduha
Zagađenje koje pratimo kroz rad, vezano je za sve sastojke atmosfere koji ne čine njen prirodni sastav. Tu se radi o gasovima, dimu, prašini i čađi, ali ne treba zaboraviti ni druge aspekte zagađenja, kao što su buka, vibracije, zračenje i sl. negativni efekti elektrana. Kada govorimo o emisiji štetnih i opasnih materija iz termoelektrana, prvenstveno mislimo o antropogenom, pojedinačnom i tačkastom (eventualno, grupnom i difuznom), primarnom, stacionarnom (statičnom), i, po vremenu trajanja, trajnom zagađenju vazduha.
Imisija se dešava ispiranjem zagađenog vazduha od strane atmosferskih padavina, pri čemu polutanti stižu do zemljišta, gde se proceđuju i odlaze u podzemne akumulacije. U celoj ovoj priči, najviše strada sam čovek, ali nisu pošteđene ni druge životinje, ni biljke, a ni mnogi drugi oblici organizama. Zato treba mnogo razmišljati o tome šta ispuštamo u vazduh, jer se sve to, pre ili kasnije, ponovo vraća nama (a i drugima), na isto mesto (ali i druga), i u istom (ili drugačijem) obliku, pri čemu se javljaju ozbiljne konsekvence i smetnje u okolini.
