Implementarea metabolismului industrial pricircntr-o acţiune ofensivă

dar responsabilă asupra mediului ca premisă pentru o dezvoltare durabilă

Introducere ldquoExistă destule resurse icircn lume pentru nevoile umane

dar nu şi pentru lacomia umanărdquoMohandas K Gandhi

Icircntr-o lume modernă avacircnd noi perspective despre viaţă icircntr-o cultură cu tehnologie avansată scopul suprem al omenirii ar fi acela de a utiliza icircn mod iraţional fluxul de energie şi resurse materiale pentru a crea abundenţă materială şi a satisface orice dorintă umană Libertatea umană este icircn acest context egală cu acumularea de averi cacirct mai mari Valoarea primară este plasată icircn transformarea mediului ambiant cu scopul extragerii bogaţiilor lui cu ajutorul tehnologiei

ldquoDacă reducem natura le ceea ce pricepem nu am fi icircn stare să supravieţuimrdquoHans Peter Durr

Pacircnă nu de mult resursele naturale regenerabile ale Terrei erau suficiente pentru nevoile omenirii Icircn prezent ca urmare a exploziei demografice şi a dezvoltarii fără precedent a tuturor ramurilor de activitate necesarul de materie primă şi energie pentru producţia de bunuri a crescut mult iar exploatarea intensă a resurselor pămacircntului relevă tot mai evident un dezechilibru ecologic Realitatea zilelor noastre este că dicircntre toate valorile se glorifică progresul material eficienta şi specializarea Icircn acest proces au fost distruse spiritual tradiţia comunitatea şi familia Pretutndeni există dovada consumului excesiv şi iraţional al resurselor icircn dorinta de a crea şi de a multiplica obiecte de a obţine bunuri materiale considerabile icircn vederea icircndeplinirii celor mai ambiţioase visuri ale noastre fără a privi consecinţele iremediabile ale acestor scopuri supreme care distrug fără precedent viitorul următoarelor generaţii Avnd acestea sub observaţie oamenii din zilele noastre ldquocare duc o viaţă opulentă nu mai sunt icircnconjuraţi pacircnă acum de oameni ci de OBIECTE Icircn relaţiile lor zilnice nu-i mai au ca parteneri pe semenii lor ci primesc şi manipulează din ce icircn ce mai mult conform statisticilor bunuri şi mesaje(hellip) Obiectele nu sunt nici flora nici fauna Cu toate acestea ne dau impresia unor vegeţatii luxuriante a unei

1

jungle icircn mijlocul careia noul om preistoric al timpurilor moderne gaseşte cu greu reflexele civilizaţiei Trebuie să icircncercam să descriem neicircntarziat aceasta fauna şi flora pe care omul le-a produs şi care acum icircl icircnconjoara şi icircl napadesc ca icircn romanele SF proaste aşa cum le vedem şi cum le trăim fără să uităm nicio clipă că icircn fastul şi belşugul lorraman produsul activitaţii umane şi ele nu ascultă de legile ecologice naturale ci de legea valorii de comerţ rdquo(Jean Baudrillard-Societatea de consum) Astfel apare necesitatea acută a icircnţelegerii faptului că există o discordanţă icircntre ecologie şi economia de piaţă Economia de piaţă este considerată de mulţi specialişti ca fiind ecologic nesabiută afirmacircnd icircn final atacirct filozofic cicirct şi practic că această mentionată este incompatibilă cu ecologia O dezvoltare icircnteleaptă invită de asemenea la inovaţie şi la noi formulări şi tehnici economice şi inginereşti pentru a face progrese icircn managementul ecologic Noua societate are icircn concluzie nevoie de specialişti icircn ecologie şi protecţia mediului pentru a icircntelege faptul că activitaţile economice afectează mediul natural pentru ca apoi să elaboreze strategii politici şi tehnologii pentru a menţine mediul curat productiv şi biologic divers

Perfecţionarea şi modernizarea proceselor tehnologice utilizacircnd cele mai noi cuceriri stiinţifice au redus mult consumurile specific de materii prime dar nu şi pe cele energetice Ca urmare a industrializării şi creşterii producţiei de bunuri au sporit mult materialele care afecteaza mediul ambiant

Realitatea zilelor noastre este că omul cu ajutorul tehnicii a pus monopol pe natura icircn dorinţa de a-şi uşura viaţa personală sau socială utilizarea tehnicii icircn scopuri personale potrivit interesului sau neluacircnd icircn considerare transformarea mediului icircnconjurator

Tehnica constituie ansamblul procedeelor şi mijloacelor materiale prin care oamenii icircnzestraţi cu cunostinţe le folosesc pentru a controla transforma şi a crea lucruri sau procese naturale sau sociale cu scopul practic de a fi utile traiului zilnic al omului Modul icircn care se prezintă natura icircn urma intervenţiei tehnicii şi modul cum procedeele tehnice se rafracircng asupra omului adică felul icircn care munca şi modificarea ambianţei icircl transformă pe om constituie o linie fundamentală a istoriei civilizaţiei Icircncorporarea tehnologiei icircn medul ambiant sugerează o nouă interpretare a calitaţilor ecosistemelor bazate pe interacţiunea dicircntre om şi mediu aceasta avacircnd atacirct efecte pozitive cacirct şi negative Această interacţiune are la bază studiul ingineriei mediului

Ingineria mediului are icircn vedere progresul ingineresc orientat ecologic care este bazat pe o icircnaltă abilitate de anticipare acesta fiind fundamental principiului de prevenire a deteriorării mediului Aşadar ingineria mediului poate fi considerată a fi ansamblul acvtivitaţilor avand ca obiect concepţia raţională şi funcţională a lucrărilor şi echipamentelor tehnice sau industriale stabilirea proiectelor coordonarea şi controlul realizării lor icircn vederea protecţiei icircntegrate a mediului icircnconjurător La baza ingineriei mediului stau două principii Primul principiu este principiul dematerializării iar cel de-al doilea principiu este principiul metabolismului industrial

Procesul de metabolism industrial a icircnceput cu descoperirea formelor particulare ale materiei şi energiei icircn mediu ce pot fi transformate icircn bunuri

2

intermediare Cuvacircntul metabolism folosit icircn contextul original implică procesele interne ale unui organism viu Există o stransa analogie icircntre organismele biologice şi activitaţile industriale şi nu numai datorită faptului că amandouă sunt sisteme ce procesează materia ci şi deoarece amandouă sunt exemple de sisteme disipate dar organizate icircntr-o stare stabilă departe de echilibrul termodinamic Acest principiu include activitatea tehnologică de pe icircntreg univers avacircnd direcţii catre producţia transportul depozitarea distribuţia de bunuri şi servicii iar pe de altă parte acumularea de deşeuri şi poluanţi cu mare risc pentru atmosfera Depistarea surselor de poluare şi a poluanţilor transportul reciclarea depozitarea distrugerea lor face parte din metablosmul industrial ce trebuie urmărit riguros

Acestea din urmă vin ca o linie precisă ce trebuie observată şi controlată prin diferite tehnici şi tehnologii biotenice avansand spre o directie obiectivă şi inginerească ce se concetrează asupra problemelor de limitare şi reparare a daunelor produse mediului ecologic de catre activitatea antroposferică protectia mediului Pe baza implementarii acestei perspective protectia mediului a fost icircntrodus şi conceptul de dezvoltare durabilă icircntrodus de Lester Brown la inceputul anilor 1980 definind societatea durabilă ca o societate icircn masură să icircşi satisfacă necesitatile fără a diminua sansele urmatoarelor generatii

Durabiliatea din punct de vedere ecologic se concentrează pentru obtinerea celor mai bune rezultate pentru om cacirct şi pentru mediu atacirct pentru generatia actuală cacirct şi pentru generatiile urmatoare Dicircntre numeroasele definitii ale durabilitatii cea mai raspandită este urmatoarea ldquoImplicarea umanitatii icircntr-un system de viaţă proiectat a fi viabil pe o bază de dezvoltarecare să asigure o calitate inaltă a vietii pentru toti indivizii societatii şi icircn acelasi timp să conserve permanent ecosistemele naturale icircn starea lor actualărdquo

Datorită acestor activiati antropice desfasurate icircn vederea satisfacerii abundente a dorintelor materiale activitati care nu s-au incadrat unor norme de prevenire şi de protectie a mediului icircnconjurător au dus la dezvoltarea rapidă a aşa numitei crize ecologice Icircntr-adevar poluarea mediului epuizarea resurselor naturale diminuarea relativă hranei urbanizarea anarhică şi industrializarea haotică şi nearmonizată cu restul dezvoltarii ecosistemelor umane au generat dezechlibre care au obligat omul la noi activitati pentru supravietuire Aceasa nouă situaţie a condus la concluzia că viaţa societatii umane trebuie reorganizată pe principii ecologice Integrarea omului cu natura este o etapă finală a procesului de ecologizare exprimat de conceptul de calitate a vietii care reprezintă totalitatea fenomenelor culturale şi naturale varietatea calitatea şi cantitatea bunurilor şi serviciilor aflate la dispozitia tuturor membrilor unei anumite societati

Omul prin incercarea lui necontenită de a-şi indeplini scopul suprem foloseste icircn mod irational şi necontenit resursele naturii fără a avea icircn vedere o dezvoltare durabilă fără a lua icircn considerare efectele negative ce au loc asupra mediului Termenul de ldquoresurserdquo defineste cele mai importante şi necesare lucruri pentru icircntretinerea tesaturii umane Anumite

3

resurse sunt regenerabile adică se pot regenera la scara vietii umane de exemplu biomasa dar altele nu sunt regenerabile cum ar fi combustibilii fosili Ţinacircnd cont de existenţa resurselor regenerabile şi mai ales de existenţa resurselor neregenerabile trebuie să se aibă permanent icircn vedere viteza cu care resursele sunt consumate iar pentru cele care se gasesc icircn cantitati finite trebuie calculate destul de preacutecis timpul icircn care se vor epuiza Icircn multe situaţii trebuie urmarită utlizarea icircn viitor a anumitor resurse ţinacircnd seama de consumul lor icircn trecut De asemenea este absolute necesară luarea icircn considerare a impactului negativ pe care utilizarea prezentă şi viitoare a diferitlor tipuri de resurse icircl are asupra mediului Problema ingrijoratoare a consumului de resurse vine di faptul că viteza de creştere a acestuia depaseste cu mult viteza impusă de creşterea demografică Adică ca o consecinţă a exploziei demografice a urmat o creştere semnificativă a consumului de resurse

Acest dezechilibru se datorează icircn primul rand creşterii nivelului de trai a calitatii vietii atacirct icircn tarile industrializate cacirct şi icircn tarile subdezvoltate utlizează tehnologii cacirct mai avansate utilizează pe scară largă diferite tipuri de masini şi utilaje care să le usureze munca ţinacircnd să aibă un mod de viaţa icircn care se folosesc cantitati din ce icircn ce mai mari de bunuri manufacturate Cu alte cuvinte fiecare persoana tinde să utilizeze şi să consume cantitati din ce icircn ce mai mari de energie şi de resurse minerale icircn schimbul unui stil de viaţă mai facil pentru acuala omenire icircnsă un stil de viaţă mai dificil pentru viitoarele generatii

4

Capitlul I

Implementarea metabolismului industrial pentru monitorizarea calitatii aerului

ldquoNu vom salva tot ce ne-ar plăcea să salvam dar vom salva mai mult decacirct dacă n-am fi icircncercat delocrdquoSir Peter Scott

11 Rolul şi importanţa atmosferei

Atmosfera este un strat protector care icircntretine viaţa pe pămacircnt şi oprotejazacirc de mediul ostil al spaţiului cosmic Atmosfera este sursa de CO2necesar fotosintezei şi a oxigenului pentru respiraţie Ea furnizează azotul pecare bacteriile fixatoare de azot şi plantele care folosesc amoniac icircl utilizeazăpentru a produce azot legat chimic element esential al moleculelor celulelorvii Ca şi parte fundamentală a ciclului hidrologic atmosfera transportă maselede apă sub formă de vapori din oceane pe pămacircntul solid

Dar atmosfera are şi o funcţie protectoare vitală Ea absoarbe cea mai mareparte a radiaţiilor cosmice din spaţiul cosmic şi protejază organismele deefectul lor mortal Ea absoarbe cea mai mare parte a radiaţiilorelectromagnetice ce vin de la soare permiţacircnd transmisia unor pantesemnificative de radiaţii numai icircn domeniul 300-2500nm (ultravioletulapropiat vizibilul şi infraroşul apropiat) şi 001-40m ndashundele radioPrin absorbia radiaţiilor electromagnetice cu lungime de undă mai mică de300nm atmosfera filtrează radiaţiile electromagnetice periculoase pentru viaţa

5

pe pămacircntMai mult deoarece reabsoarbe cea mai mare parte din radiaţia

infraroşie prin care energia solară absorbită este reemisă icircn spaţiul sideralatmosfera stabilizează temperatura Pămacircntului prevenind variaţiile bruste şiextreme de temperatură

111 Compozitia atmosferei

Atmosfera reprezintă un amestec de gaze denumit aer a cărui compoziţie chimică variază cu altitudinea Expimarea concentraţiei amestecurilor se face icircn funcţie de ordinul de mărime al acestora fie icircn procente fie icircn părţi per milion -ppm părţi per biblion- ppb sau părţi per trilion- ppt Icircn cazul amestecurilor gazoase se utilizează exprimarea concentraţiilor prin fracţii molare notate X care reprezintă raportul dicircntre numărul de moli ai unui component raportat la numărul total de moli ai amestecului

x=VcomponentIVtotal

Conform legii lui Avogadro (icircn condiţii normale un mol de gaz ocupă un volum de 224L indiferent de natura sa) prin urmare fracţia molară a aunui gaz icircntr-un ameste gazos se poate exprima cu relaţia

X=224 xVcomponentI224 xVtotal

=VcomponentVtotal

Aerul uscat (fără H2O) pe o icircnălţime de cativa km conţine urmatoarele componente

1 Componenţi majori Azot-N2 icircn proportie de 7808 Oxigen-O2 icircn proportie de 2095

2 Componenţi minori Dioxid de carbon-CO2icircn proportie de 0035 Neon-Ne icircn proportie de 1818times10-3 Heliu-He icircn proportie de 524times10-4 Kripton-Kr icircn proportie de 14times10-4 Xenon-Xe icircn proportie de 87times10-6

3 Componenţi icircn urme CH4 CO NO N2O NH3 H2 H2O2 CS2 SO2 CO2F2 etc

Atmosfera conţine şi apa icircn proportie de 1-3

6

12Structura atmosferei

Atmosfera are o stuctură stratificată care este rezultatul icircn primul racircnd aldensităţii gazelor componenete Stratificarea atmosferei are loc pe baza relatieitemperatură densitate care la racircndul ei este consecinţa interrelatiei dicircntreprocesrele fizice şi fotochimice din aer

Partea inferioară a atmosferei numită Troposferă se icircntinde de la nivelul mării picircnă la cca 12 Km Atmosfera fiind aplatizată datorită rotatiei Pămacircntuluitroposfera are o grosmie maximă de picircnă la 18 Km la ecuator şi o grosimeminimă cca7 Km la poli

Este zona cea mai densă a atmosferei practi 50 din masa totală a atmosferei este condensată pe o icircnălţime de maximum 5Km Troposfera conţine un amestec omogen de gaze datorită miscarii deplasării şi deci amestecării maselor de aer Icircn troposferă temperatura scade dar icircn straturile joase se constată fenomenul de inversiune termică adică temperature creşte cu altitudinea ceea ce are un rol deosebit icircn icircmpiedicarea icircmprăstierii poluanţilor La nivelul tropopauzei temperatura este mai scăzută la ecuator(-80ordmC ) şi mai ridicată la pol (50ordmC)Temperatura foarte scăzută din stratul superior de ndash56 ordm C serveste ca barieră de condensare şi precipitare a vaporilor de apă sub formă de gheată evitacircndu-se astfel disocierea apei icircn O2 şi H2 sub influenta radiaţiilor ultraviolete puternice cu pierderea totală a hidrogenului Icircn troposferă au loc miscări ale maselor de aer aticirct pe orizontală cicirct şi pe verticală

Cel de al doilea strat se numeste Stratosferă datorită stratificării regulate astratelor de aer Structura stratificată face ca deplasările pe verticlă să fie practicinexistenţe ceea ce icirci dă posibilitatea să retină poluanţii ajunsi aiciCreşterea temperaturii pacircnă la valoarea de -2ordmC se datoreste prezentei ozonuluicare poate atinge o concentraţie de pacircnă la 10ppm icircn zona mijloc a stratosfereiIncălzirea se datorează absorbtiei de către ozon a radiaţiilor ultraviolete La

7

aproximativ 45-50Km există o nouă zone de disconţinuitate termica stratopauzăde unde icircncepea treia zonă

Icircn Mezosferă temperatura scade pină la mezopauză la aproximativ -100ordmC

Ultimul strat Termosfera se icircntinde picircnă la aproximativ 1000Km Datorităintensitătii deosebit de mari a fluxului de radiaţii ionizante şi ultraviolete emis desoare icircn acest strat deosebit de rarefiat temperatura atinge valori de picircnă la1400ordmC

La icircnăltimi mai mari de 1000Km se găseste ExosferaIcircn afară acestei clasificari a regiunilor atmosferei se utilizează

denumitea deIonosferă pentru domeniul cuprins icircntre altitudinile de 80 şi 600Km unde gazelesunt ionizate şi se găsesc sub formă de plasmă

13 Reacţiile chimice şi fotochimice din troposferă

Atmosfera se comportă din punct de vedere chimic ca un reactor chimic icircn care au loc variate şi complicate procese chimice sub actiunea caldurii şi a luminii (reacţii chimice şi fotochimice)

Mai ales sub actiunea radiaţiilor electromagnetice au loc reacţii de disociere de transfer inter şi icircntramolecular de luminiscentă de izomerizare de formare de ioni şi radicali chimici active

Icircn atmosferă reacţiile chimice sunt numeroase avand loc icircn toate straturile acesteia principalele gaze care produc reacţii icircn atmosferă su prezentate după cum urmează

Reacţiile oxigenului atmosferic Oxigenul din troposferă joacă un rol important icircn desfasurarea proceselor chimice şi biochimice Astfel

Oxigenul produce energie prin arderea combustibililorCH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

Oxigenul atmospheric permite bacteriilor aerobe să efectueze reacţiile de degradare a substantelor organice

Oxigenul asigură formarea unor roci prin procese oxidative

4 FeO + O2rarr 2 Fe2O3Oxgenul este reicircntrodus icircn ciclul terestru prin reacţia de fotosinteză

8

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Icircn straturile superioare ale atmosferei oxigenul suferă numeroase

procese fotochimice dar cel mai important proces este formarea ozonului icircn stratosferă la icircnălţimea de 50 km ozonul avand rolul de protectie contra radiaţiilor ultraviolet dure

Sub actiunea radiaţiilor ultraviolete λlt242 nm oxigenul molecular disociază icircn atomi de oxigen (oxigen atomic foarte activ)

O2 +hν = O + OOxigenul atomic reacţionează cu ozigenul molecular după un model

trimolecular icircn care a 3-a specie molecular (μ) poate fi molecula de azot sau O2 care absoarbe energia de exces a reacţieipermitand astfel ozonului să se acumuleze

O + O2 + μrarrO3 + μLa randul sau ozonul poate reacţionă astfel

Reformand oxigenul molecular O3 + Orarr2 O2

Reformand ozonulO3 + hvrarr O2 + O

Icircn atmosferă avioanele produc pricircntre diferiti poluanţi şi oxid de azot (NO) care şi el interactionează cu ozonul descompunandu-l

NO + O3rarrNO2 + ONO2 + Orarr NO + O2

Reacţiile azotului atmospheric Icircn troposferă azotul este fixat fie de catre bacterii fie prin fulgere fie prin ardere de combustibili la temperature de peste 600 C

Icircn straturile inalte azotul molecular este disociat icircn atomi icircntr-o masura mult mai mică decacirct oxigenul

N2+ hν rarrN +N N2 + hν rarrN2+ +e N2+ + Orarr NO+ + N

Sau O3 +NOrarrNO2 +O2 NO2 + OrarrNO + O2 NO + hνrarrNO+ e

Reacţiile CO2 atmosferic Bioxidul de carbon este consumat prin reacţia de fotosinteză

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Este eliberat icircn proesele de oxidare a biomasei

CH2O + O2rarr CO2 + H2O Icircn atmosfera inalta poate fi disociat

CO2 + hvrarrCO + O Este produs icircn exces prin arderea combustibililor şi

carburantilor fapt care contribuie la aparitia efectului de seră

CH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

9

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

jungle icircn mijlocul careia noul om preistoric al timpurilor moderne gaseşte cu greu reflexele civilizaţiei Trebuie să icircncercam să descriem neicircntarziat aceasta fauna şi flora pe care omul le-a produs şi care acum icircl icircnconjoara şi icircl napadesc ca icircn romanele SF proaste aşa cum le vedem şi cum le trăim fără să uităm nicio clipă că icircn fastul şi belşugul lorraman produsul activitaţii umane şi ele nu ascultă de legile ecologice naturale ci de legea valorii de comerţ rdquo(Jean Baudrillard-Societatea de consum) Astfel apare necesitatea acută a icircnţelegerii faptului că există o discordanţă icircntre ecologie şi economia de piaţă Economia de piaţă este considerată de mulţi specialişti ca fiind ecologic nesabiută afirmacircnd icircn final atacirct filozofic cicirct şi practic că această mentionată este incompatibilă cu ecologia O dezvoltare icircnteleaptă invită de asemenea la inovaţie şi la noi formulări şi tehnici economice şi inginereşti pentru a face progrese icircn managementul ecologic Noua societate are icircn concluzie nevoie de specialişti icircn ecologie şi protecţia mediului pentru a icircntelege faptul că activitaţile economice afectează mediul natural pentru ca apoi să elaboreze strategii politici şi tehnologii pentru a menţine mediul curat productiv şi biologic divers

Perfecţionarea şi modernizarea proceselor tehnologice utilizacircnd cele mai noi cuceriri stiinţifice au redus mult consumurile specific de materii prime dar nu şi pe cele energetice Ca urmare a industrializării şi creşterii producţiei de bunuri au sporit mult materialele care afecteaza mediul ambiant

Realitatea zilelor noastre este că omul cu ajutorul tehnicii a pus monopol pe natura icircn dorinţa de a-şi uşura viaţa personală sau socială utilizarea tehnicii icircn scopuri personale potrivit interesului sau neluacircnd icircn considerare transformarea mediului icircnconjurator

Tehnica constituie ansamblul procedeelor şi mijloacelor materiale prin care oamenii icircnzestraţi cu cunostinţe le folosesc pentru a controla transforma şi a crea lucruri sau procese naturale sau sociale cu scopul practic de a fi utile traiului zilnic al omului Modul icircn care se prezintă natura icircn urma intervenţiei tehnicii şi modul cum procedeele tehnice se rafracircng asupra omului adică felul icircn care munca şi modificarea ambianţei icircl transformă pe om constituie o linie fundamentală a istoriei civilizaţiei Icircncorporarea tehnologiei icircn medul ambiant sugerează o nouă interpretare a calitaţilor ecosistemelor bazate pe interacţiunea dicircntre om şi mediu aceasta avacircnd atacirct efecte pozitive cacirct şi negative Această interacţiune are la bază studiul ingineriei mediului

Ingineria mediului are icircn vedere progresul ingineresc orientat ecologic care este bazat pe o icircnaltă abilitate de anticipare acesta fiind fundamental principiului de prevenire a deteriorării mediului Aşadar ingineria mediului poate fi considerată a fi ansamblul acvtivitaţilor avand ca obiect concepţia raţională şi funcţională a lucrărilor şi echipamentelor tehnice sau industriale stabilirea proiectelor coordonarea şi controlul realizării lor icircn vederea protecţiei icircntegrate a mediului icircnconjurător La baza ingineriei mediului stau două principii Primul principiu este principiul dematerializării iar cel de-al doilea principiu este principiul metabolismului industrial

Procesul de metabolism industrial a icircnceput cu descoperirea formelor particulare ale materiei şi energiei icircn mediu ce pot fi transformate icircn bunuri

2

intermediare Cuvacircntul metabolism folosit icircn contextul original implică procesele interne ale unui organism viu Există o stransa analogie icircntre organismele biologice şi activitaţile industriale şi nu numai datorită faptului că amandouă sunt sisteme ce procesează materia ci şi deoarece amandouă sunt exemple de sisteme disipate dar organizate icircntr-o stare stabilă departe de echilibrul termodinamic Acest principiu include activitatea tehnologică de pe icircntreg univers avacircnd direcţii catre producţia transportul depozitarea distribuţia de bunuri şi servicii iar pe de altă parte acumularea de deşeuri şi poluanţi cu mare risc pentru atmosfera Depistarea surselor de poluare şi a poluanţilor transportul reciclarea depozitarea distrugerea lor face parte din metablosmul industrial ce trebuie urmărit riguros

Acestea din urmă vin ca o linie precisă ce trebuie observată şi controlată prin diferite tehnici şi tehnologii biotenice avansand spre o directie obiectivă şi inginerească ce se concetrează asupra problemelor de limitare şi reparare a daunelor produse mediului ecologic de catre activitatea antroposferică protectia mediului Pe baza implementarii acestei perspective protectia mediului a fost icircntrodus şi conceptul de dezvoltare durabilă icircntrodus de Lester Brown la inceputul anilor 1980 definind societatea durabilă ca o societate icircn masură să icircşi satisfacă necesitatile fără a diminua sansele urmatoarelor generatii

Durabiliatea din punct de vedere ecologic se concentrează pentru obtinerea celor mai bune rezultate pentru om cacirct şi pentru mediu atacirct pentru generatia actuală cacirct şi pentru generatiile urmatoare Dicircntre numeroasele definitii ale durabilitatii cea mai raspandită este urmatoarea ldquoImplicarea umanitatii icircntr-un system de viaţă proiectat a fi viabil pe o bază de dezvoltarecare să asigure o calitate inaltă a vietii pentru toti indivizii societatii şi icircn acelasi timp să conserve permanent ecosistemele naturale icircn starea lor actualărdquo

Datorită acestor activiati antropice desfasurate icircn vederea satisfacerii abundente a dorintelor materiale activitati care nu s-au incadrat unor norme de prevenire şi de protectie a mediului icircnconjurător au dus la dezvoltarea rapidă a aşa numitei crize ecologice Icircntr-adevar poluarea mediului epuizarea resurselor naturale diminuarea relativă hranei urbanizarea anarhică şi industrializarea haotică şi nearmonizată cu restul dezvoltarii ecosistemelor umane au generat dezechlibre care au obligat omul la noi activitati pentru supravietuire Aceasa nouă situaţie a condus la concluzia că viaţa societatii umane trebuie reorganizată pe principii ecologice Integrarea omului cu natura este o etapă finală a procesului de ecologizare exprimat de conceptul de calitate a vietii care reprezintă totalitatea fenomenelor culturale şi naturale varietatea calitatea şi cantitatea bunurilor şi serviciilor aflate la dispozitia tuturor membrilor unei anumite societati

Omul prin incercarea lui necontenită de a-şi indeplini scopul suprem foloseste icircn mod irational şi necontenit resursele naturii fără a avea icircn vedere o dezvoltare durabilă fără a lua icircn considerare efectele negative ce au loc asupra mediului Termenul de ldquoresurserdquo defineste cele mai importante şi necesare lucruri pentru icircntretinerea tesaturii umane Anumite

3

resurse sunt regenerabile adică se pot regenera la scara vietii umane de exemplu biomasa dar altele nu sunt regenerabile cum ar fi combustibilii fosili Ţinacircnd cont de existenţa resurselor regenerabile şi mai ales de existenţa resurselor neregenerabile trebuie să se aibă permanent icircn vedere viteza cu care resursele sunt consumate iar pentru cele care se gasesc icircn cantitati finite trebuie calculate destul de preacutecis timpul icircn care se vor epuiza Icircn multe situaţii trebuie urmarită utlizarea icircn viitor a anumitor resurse ţinacircnd seama de consumul lor icircn trecut De asemenea este absolute necesară luarea icircn considerare a impactului negativ pe care utilizarea prezentă şi viitoare a diferitlor tipuri de resurse icircl are asupra mediului Problema ingrijoratoare a consumului de resurse vine di faptul că viteza de creştere a acestuia depaseste cu mult viteza impusă de creşterea demografică Adică ca o consecinţă a exploziei demografice a urmat o creştere semnificativă a consumului de resurse

Acest dezechilibru se datorează icircn primul rand creşterii nivelului de trai a calitatii vietii atacirct icircn tarile industrializate cacirct şi icircn tarile subdezvoltate utlizează tehnologii cacirct mai avansate utilizează pe scară largă diferite tipuri de masini şi utilaje care să le usureze munca ţinacircnd să aibă un mod de viaţa icircn care se folosesc cantitati din ce icircn ce mai mari de bunuri manufacturate Cu alte cuvinte fiecare persoana tinde să utilizeze şi să consume cantitati din ce icircn ce mai mari de energie şi de resurse minerale icircn schimbul unui stil de viaţă mai facil pentru acuala omenire icircnsă un stil de viaţă mai dificil pentru viitoarele generatii

4

Capitlul I

Implementarea metabolismului industrial pentru monitorizarea calitatii aerului

ldquoNu vom salva tot ce ne-ar plăcea să salvam dar vom salva mai mult decacirct dacă n-am fi icircncercat delocrdquoSir Peter Scott

11 Rolul şi importanţa atmosferei

Atmosfera este un strat protector care icircntretine viaţa pe pămacircnt şi oprotejazacirc de mediul ostil al spaţiului cosmic Atmosfera este sursa de CO2necesar fotosintezei şi a oxigenului pentru respiraţie Ea furnizează azotul pecare bacteriile fixatoare de azot şi plantele care folosesc amoniac icircl utilizeazăpentru a produce azot legat chimic element esential al moleculelor celulelorvii Ca şi parte fundamentală a ciclului hidrologic atmosfera transportă maselede apă sub formă de vapori din oceane pe pămacircntul solid

Dar atmosfera are şi o funcţie protectoare vitală Ea absoarbe cea mai mareparte a radiaţiilor cosmice din spaţiul cosmic şi protejază organismele deefectul lor mortal Ea absoarbe cea mai mare parte a radiaţiilorelectromagnetice ce vin de la soare permiţacircnd transmisia unor pantesemnificative de radiaţii numai icircn domeniul 300-2500nm (ultravioletulapropiat vizibilul şi infraroşul apropiat) şi 001-40m ndashundele radioPrin absorbia radiaţiilor electromagnetice cu lungime de undă mai mică de300nm atmosfera filtrează radiaţiile electromagnetice periculoase pentru viaţa

5

pe pămacircntMai mult deoarece reabsoarbe cea mai mare parte din radiaţia

infraroşie prin care energia solară absorbită este reemisă icircn spaţiul sideralatmosfera stabilizează temperatura Pămacircntului prevenind variaţiile bruste şiextreme de temperatură

111 Compozitia atmosferei

Atmosfera reprezintă un amestec de gaze denumit aer a cărui compoziţie chimică variază cu altitudinea Expimarea concentraţiei amestecurilor se face icircn funcţie de ordinul de mărime al acestora fie icircn procente fie icircn părţi per milion -ppm părţi per biblion- ppb sau părţi per trilion- ppt Icircn cazul amestecurilor gazoase se utilizează exprimarea concentraţiilor prin fracţii molare notate X care reprezintă raportul dicircntre numărul de moli ai unui component raportat la numărul total de moli ai amestecului

x=VcomponentIVtotal

Conform legii lui Avogadro (icircn condiţii normale un mol de gaz ocupă un volum de 224L indiferent de natura sa) prin urmare fracţia molară a aunui gaz icircntr-un ameste gazos se poate exprima cu relaţia

X=224 xVcomponentI224 xVtotal

=VcomponentVtotal

Aerul uscat (fără H2O) pe o icircnălţime de cativa km conţine urmatoarele componente

1 Componenţi majori Azot-N2 icircn proportie de 7808 Oxigen-O2 icircn proportie de 2095

2 Componenţi minori Dioxid de carbon-CO2icircn proportie de 0035 Neon-Ne icircn proportie de 1818times10-3 Heliu-He icircn proportie de 524times10-4 Kripton-Kr icircn proportie de 14times10-4 Xenon-Xe icircn proportie de 87times10-6

3 Componenţi icircn urme CH4 CO NO N2O NH3 H2 H2O2 CS2 SO2 CO2F2 etc

Atmosfera conţine şi apa icircn proportie de 1-3

6

12Structura atmosferei

Atmosfera are o stuctură stratificată care este rezultatul icircn primul racircnd aldensităţii gazelor componenete Stratificarea atmosferei are loc pe baza relatieitemperatură densitate care la racircndul ei este consecinţa interrelatiei dicircntreprocesrele fizice şi fotochimice din aer

Partea inferioară a atmosferei numită Troposferă se icircntinde de la nivelul mării picircnă la cca 12 Km Atmosfera fiind aplatizată datorită rotatiei Pămacircntuluitroposfera are o grosmie maximă de picircnă la 18 Km la ecuator şi o grosimeminimă cca7 Km la poli

Este zona cea mai densă a atmosferei practi 50 din masa totală a atmosferei este condensată pe o icircnălţime de maximum 5Km Troposfera conţine un amestec omogen de gaze datorită miscarii deplasării şi deci amestecării maselor de aer Icircn troposferă temperatura scade dar icircn straturile joase se constată fenomenul de inversiune termică adică temperature creşte cu altitudinea ceea ce are un rol deosebit icircn icircmpiedicarea icircmprăstierii poluanţilor La nivelul tropopauzei temperatura este mai scăzută la ecuator(-80ordmC ) şi mai ridicată la pol (50ordmC)Temperatura foarte scăzută din stratul superior de ndash56 ordm C serveste ca barieră de condensare şi precipitare a vaporilor de apă sub formă de gheată evitacircndu-se astfel disocierea apei icircn O2 şi H2 sub influenta radiaţiilor ultraviolete puternice cu pierderea totală a hidrogenului Icircn troposferă au loc miscări ale maselor de aer aticirct pe orizontală cicirct şi pe verticală

Cel de al doilea strat se numeste Stratosferă datorită stratificării regulate astratelor de aer Structura stratificată face ca deplasările pe verticlă să fie practicinexistenţe ceea ce icirci dă posibilitatea să retină poluanţii ajunsi aiciCreşterea temperaturii pacircnă la valoarea de -2ordmC se datoreste prezentei ozonuluicare poate atinge o concentraţie de pacircnă la 10ppm icircn zona mijloc a stratosfereiIncălzirea se datorează absorbtiei de către ozon a radiaţiilor ultraviolete La

7

aproximativ 45-50Km există o nouă zone de disconţinuitate termica stratopauzăde unde icircncepea treia zonă

Icircn Mezosferă temperatura scade pină la mezopauză la aproximativ -100ordmC

Ultimul strat Termosfera se icircntinde picircnă la aproximativ 1000Km Datorităintensitătii deosebit de mari a fluxului de radiaţii ionizante şi ultraviolete emis desoare icircn acest strat deosebit de rarefiat temperatura atinge valori de picircnă la1400ordmC

La icircnăltimi mai mari de 1000Km se găseste ExosferaIcircn afară acestei clasificari a regiunilor atmosferei se utilizează

denumitea deIonosferă pentru domeniul cuprins icircntre altitudinile de 80 şi 600Km unde gazelesunt ionizate şi se găsesc sub formă de plasmă

13 Reacţiile chimice şi fotochimice din troposferă

Atmosfera se comportă din punct de vedere chimic ca un reactor chimic icircn care au loc variate şi complicate procese chimice sub actiunea caldurii şi a luminii (reacţii chimice şi fotochimice)

Mai ales sub actiunea radiaţiilor electromagnetice au loc reacţii de disociere de transfer inter şi icircntramolecular de luminiscentă de izomerizare de formare de ioni şi radicali chimici active

Icircn atmosferă reacţiile chimice sunt numeroase avand loc icircn toate straturile acesteia principalele gaze care produc reacţii icircn atmosferă su prezentate după cum urmează

Reacţiile oxigenului atmosferic Oxigenul din troposferă joacă un rol important icircn desfasurarea proceselor chimice şi biochimice Astfel

Oxigenul produce energie prin arderea combustibililorCH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

Oxigenul atmospheric permite bacteriilor aerobe să efectueze reacţiile de degradare a substantelor organice

Oxigenul asigură formarea unor roci prin procese oxidative

4 FeO + O2rarr 2 Fe2O3Oxgenul este reicircntrodus icircn ciclul terestru prin reacţia de fotosinteză

8

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Icircn straturile superioare ale atmosferei oxigenul suferă numeroase

procese fotochimice dar cel mai important proces este formarea ozonului icircn stratosferă la icircnălţimea de 50 km ozonul avand rolul de protectie contra radiaţiilor ultraviolet dure

Sub actiunea radiaţiilor ultraviolete λlt242 nm oxigenul molecular disociază icircn atomi de oxigen (oxigen atomic foarte activ)

O2 +hν = O + OOxigenul atomic reacţionează cu ozigenul molecular după un model

trimolecular icircn care a 3-a specie molecular (μ) poate fi molecula de azot sau O2 care absoarbe energia de exces a reacţieipermitand astfel ozonului să se acumuleze

O + O2 + μrarrO3 + μLa randul sau ozonul poate reacţionă astfel

Reformand oxigenul molecular O3 + Orarr2 O2

Reformand ozonulO3 + hvrarr O2 + O

Icircn atmosferă avioanele produc pricircntre diferiti poluanţi şi oxid de azot (NO) care şi el interactionează cu ozonul descompunandu-l

NO + O3rarrNO2 + ONO2 + Orarr NO + O2

Reacţiile azotului atmospheric Icircn troposferă azotul este fixat fie de catre bacterii fie prin fulgere fie prin ardere de combustibili la temperature de peste 600 C

Icircn straturile inalte azotul molecular este disociat icircn atomi icircntr-o masura mult mai mică decacirct oxigenul

N2+ hν rarrN +N N2 + hν rarrN2+ +e N2+ + Orarr NO+ + N

Sau O3 +NOrarrNO2 +O2 NO2 + OrarrNO + O2 NO + hνrarrNO+ e

Reacţiile CO2 atmosferic Bioxidul de carbon este consumat prin reacţia de fotosinteză

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Este eliberat icircn proesele de oxidare a biomasei

CH2O + O2rarr CO2 + H2O Icircn atmosfera inalta poate fi disociat

CO2 + hvrarrCO + O Este produs icircn exces prin arderea combustibililor şi

carburantilor fapt care contribuie la aparitia efectului de seră

CH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

9

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

intermediare Cuvacircntul metabolism folosit icircn contextul original implică procesele interne ale unui organism viu Există o stransa analogie icircntre organismele biologice şi activitaţile industriale şi nu numai datorită faptului că amandouă sunt sisteme ce procesează materia ci şi deoarece amandouă sunt exemple de sisteme disipate dar organizate icircntr-o stare stabilă departe de echilibrul termodinamic Acest principiu include activitatea tehnologică de pe icircntreg univers avacircnd direcţii catre producţia transportul depozitarea distribuţia de bunuri şi servicii iar pe de altă parte acumularea de deşeuri şi poluanţi cu mare risc pentru atmosfera Depistarea surselor de poluare şi a poluanţilor transportul reciclarea depozitarea distrugerea lor face parte din metablosmul industrial ce trebuie urmărit riguros

Acestea din urmă vin ca o linie precisă ce trebuie observată şi controlată prin diferite tehnici şi tehnologii biotenice avansand spre o directie obiectivă şi inginerească ce se concetrează asupra problemelor de limitare şi reparare a daunelor produse mediului ecologic de catre activitatea antroposferică protectia mediului Pe baza implementarii acestei perspective protectia mediului a fost icircntrodus şi conceptul de dezvoltare durabilă icircntrodus de Lester Brown la inceputul anilor 1980 definind societatea durabilă ca o societate icircn masură să icircşi satisfacă necesitatile fără a diminua sansele urmatoarelor generatii

Durabiliatea din punct de vedere ecologic se concentrează pentru obtinerea celor mai bune rezultate pentru om cacirct şi pentru mediu atacirct pentru generatia actuală cacirct şi pentru generatiile urmatoare Dicircntre numeroasele definitii ale durabilitatii cea mai raspandită este urmatoarea ldquoImplicarea umanitatii icircntr-un system de viaţă proiectat a fi viabil pe o bază de dezvoltarecare să asigure o calitate inaltă a vietii pentru toti indivizii societatii şi icircn acelasi timp să conserve permanent ecosistemele naturale icircn starea lor actualărdquo

Datorită acestor activiati antropice desfasurate icircn vederea satisfacerii abundente a dorintelor materiale activitati care nu s-au incadrat unor norme de prevenire şi de protectie a mediului icircnconjurător au dus la dezvoltarea rapidă a aşa numitei crize ecologice Icircntr-adevar poluarea mediului epuizarea resurselor naturale diminuarea relativă hranei urbanizarea anarhică şi industrializarea haotică şi nearmonizată cu restul dezvoltarii ecosistemelor umane au generat dezechlibre care au obligat omul la noi activitati pentru supravietuire Aceasa nouă situaţie a condus la concluzia că viaţa societatii umane trebuie reorganizată pe principii ecologice Integrarea omului cu natura este o etapă finală a procesului de ecologizare exprimat de conceptul de calitate a vietii care reprezintă totalitatea fenomenelor culturale şi naturale varietatea calitatea şi cantitatea bunurilor şi serviciilor aflate la dispozitia tuturor membrilor unei anumite societati

Omul prin incercarea lui necontenită de a-şi indeplini scopul suprem foloseste icircn mod irational şi necontenit resursele naturii fără a avea icircn vedere o dezvoltare durabilă fără a lua icircn considerare efectele negative ce au loc asupra mediului Termenul de ldquoresurserdquo defineste cele mai importante şi necesare lucruri pentru icircntretinerea tesaturii umane Anumite

3

resurse sunt regenerabile adică se pot regenera la scara vietii umane de exemplu biomasa dar altele nu sunt regenerabile cum ar fi combustibilii fosili Ţinacircnd cont de existenţa resurselor regenerabile şi mai ales de existenţa resurselor neregenerabile trebuie să se aibă permanent icircn vedere viteza cu care resursele sunt consumate iar pentru cele care se gasesc icircn cantitati finite trebuie calculate destul de preacutecis timpul icircn care se vor epuiza Icircn multe situaţii trebuie urmarită utlizarea icircn viitor a anumitor resurse ţinacircnd seama de consumul lor icircn trecut De asemenea este absolute necesară luarea icircn considerare a impactului negativ pe care utilizarea prezentă şi viitoare a diferitlor tipuri de resurse icircl are asupra mediului Problema ingrijoratoare a consumului de resurse vine di faptul că viteza de creştere a acestuia depaseste cu mult viteza impusă de creşterea demografică Adică ca o consecinţă a exploziei demografice a urmat o creştere semnificativă a consumului de resurse

Acest dezechilibru se datorează icircn primul rand creşterii nivelului de trai a calitatii vietii atacirct icircn tarile industrializate cacirct şi icircn tarile subdezvoltate utlizează tehnologii cacirct mai avansate utilizează pe scară largă diferite tipuri de masini şi utilaje care să le usureze munca ţinacircnd să aibă un mod de viaţa icircn care se folosesc cantitati din ce icircn ce mai mari de bunuri manufacturate Cu alte cuvinte fiecare persoana tinde să utilizeze şi să consume cantitati din ce icircn ce mai mari de energie şi de resurse minerale icircn schimbul unui stil de viaţă mai facil pentru acuala omenire icircnsă un stil de viaţă mai dificil pentru viitoarele generatii

4

Capitlul I

Implementarea metabolismului industrial pentru monitorizarea calitatii aerului

ldquoNu vom salva tot ce ne-ar plăcea să salvam dar vom salva mai mult decacirct dacă n-am fi icircncercat delocrdquoSir Peter Scott

11 Rolul şi importanţa atmosferei

Atmosfera este un strat protector care icircntretine viaţa pe pămacircnt şi oprotejazacirc de mediul ostil al spaţiului cosmic Atmosfera este sursa de CO2necesar fotosintezei şi a oxigenului pentru respiraţie Ea furnizează azotul pecare bacteriile fixatoare de azot şi plantele care folosesc amoniac icircl utilizeazăpentru a produce azot legat chimic element esential al moleculelor celulelorvii Ca şi parte fundamentală a ciclului hidrologic atmosfera transportă maselede apă sub formă de vapori din oceane pe pămacircntul solid

Dar atmosfera are şi o funcţie protectoare vitală Ea absoarbe cea mai mareparte a radiaţiilor cosmice din spaţiul cosmic şi protejază organismele deefectul lor mortal Ea absoarbe cea mai mare parte a radiaţiilorelectromagnetice ce vin de la soare permiţacircnd transmisia unor pantesemnificative de radiaţii numai icircn domeniul 300-2500nm (ultravioletulapropiat vizibilul şi infraroşul apropiat) şi 001-40m ndashundele radioPrin absorbia radiaţiilor electromagnetice cu lungime de undă mai mică de300nm atmosfera filtrează radiaţiile electromagnetice periculoase pentru viaţa

5

pe pămacircntMai mult deoarece reabsoarbe cea mai mare parte din radiaţia

infraroşie prin care energia solară absorbită este reemisă icircn spaţiul sideralatmosfera stabilizează temperatura Pămacircntului prevenind variaţiile bruste şiextreme de temperatură

111 Compozitia atmosferei

Atmosfera reprezintă un amestec de gaze denumit aer a cărui compoziţie chimică variază cu altitudinea Expimarea concentraţiei amestecurilor se face icircn funcţie de ordinul de mărime al acestora fie icircn procente fie icircn părţi per milion -ppm părţi per biblion- ppb sau părţi per trilion- ppt Icircn cazul amestecurilor gazoase se utilizează exprimarea concentraţiilor prin fracţii molare notate X care reprezintă raportul dicircntre numărul de moli ai unui component raportat la numărul total de moli ai amestecului

x=VcomponentIVtotal

Conform legii lui Avogadro (icircn condiţii normale un mol de gaz ocupă un volum de 224L indiferent de natura sa) prin urmare fracţia molară a aunui gaz icircntr-un ameste gazos se poate exprima cu relaţia

X=224 xVcomponentI224 xVtotal

=VcomponentVtotal

Aerul uscat (fără H2O) pe o icircnălţime de cativa km conţine urmatoarele componente

1 Componenţi majori Azot-N2 icircn proportie de 7808 Oxigen-O2 icircn proportie de 2095

2 Componenţi minori Dioxid de carbon-CO2icircn proportie de 0035 Neon-Ne icircn proportie de 1818times10-3 Heliu-He icircn proportie de 524times10-4 Kripton-Kr icircn proportie de 14times10-4 Xenon-Xe icircn proportie de 87times10-6

3 Componenţi icircn urme CH4 CO NO N2O NH3 H2 H2O2 CS2 SO2 CO2F2 etc

Atmosfera conţine şi apa icircn proportie de 1-3

6

12Structura atmosferei

Atmosfera are o stuctură stratificată care este rezultatul icircn primul racircnd aldensităţii gazelor componenete Stratificarea atmosferei are loc pe baza relatieitemperatură densitate care la racircndul ei este consecinţa interrelatiei dicircntreprocesrele fizice şi fotochimice din aer

Partea inferioară a atmosferei numită Troposferă se icircntinde de la nivelul mării picircnă la cca 12 Km Atmosfera fiind aplatizată datorită rotatiei Pămacircntuluitroposfera are o grosmie maximă de picircnă la 18 Km la ecuator şi o grosimeminimă cca7 Km la poli

Este zona cea mai densă a atmosferei practi 50 din masa totală a atmosferei este condensată pe o icircnălţime de maximum 5Km Troposfera conţine un amestec omogen de gaze datorită miscarii deplasării şi deci amestecării maselor de aer Icircn troposferă temperatura scade dar icircn straturile joase se constată fenomenul de inversiune termică adică temperature creşte cu altitudinea ceea ce are un rol deosebit icircn icircmpiedicarea icircmprăstierii poluanţilor La nivelul tropopauzei temperatura este mai scăzută la ecuator(-80ordmC ) şi mai ridicată la pol (50ordmC)Temperatura foarte scăzută din stratul superior de ndash56 ordm C serveste ca barieră de condensare şi precipitare a vaporilor de apă sub formă de gheată evitacircndu-se astfel disocierea apei icircn O2 şi H2 sub influenta radiaţiilor ultraviolete puternice cu pierderea totală a hidrogenului Icircn troposferă au loc miscări ale maselor de aer aticirct pe orizontală cicirct şi pe verticală

Cel de al doilea strat se numeste Stratosferă datorită stratificării regulate astratelor de aer Structura stratificată face ca deplasările pe verticlă să fie practicinexistenţe ceea ce icirci dă posibilitatea să retină poluanţii ajunsi aiciCreşterea temperaturii pacircnă la valoarea de -2ordmC se datoreste prezentei ozonuluicare poate atinge o concentraţie de pacircnă la 10ppm icircn zona mijloc a stratosfereiIncălzirea se datorează absorbtiei de către ozon a radiaţiilor ultraviolete La

7

aproximativ 45-50Km există o nouă zone de disconţinuitate termica stratopauzăde unde icircncepea treia zonă

Icircn Mezosferă temperatura scade pină la mezopauză la aproximativ -100ordmC

Ultimul strat Termosfera se icircntinde picircnă la aproximativ 1000Km Datorităintensitătii deosebit de mari a fluxului de radiaţii ionizante şi ultraviolete emis desoare icircn acest strat deosebit de rarefiat temperatura atinge valori de picircnă la1400ordmC

La icircnăltimi mai mari de 1000Km se găseste ExosferaIcircn afară acestei clasificari a regiunilor atmosferei se utilizează

denumitea deIonosferă pentru domeniul cuprins icircntre altitudinile de 80 şi 600Km unde gazelesunt ionizate şi se găsesc sub formă de plasmă

13 Reacţiile chimice şi fotochimice din troposferă

Atmosfera se comportă din punct de vedere chimic ca un reactor chimic icircn care au loc variate şi complicate procese chimice sub actiunea caldurii şi a luminii (reacţii chimice şi fotochimice)

Mai ales sub actiunea radiaţiilor electromagnetice au loc reacţii de disociere de transfer inter şi icircntramolecular de luminiscentă de izomerizare de formare de ioni şi radicali chimici active

Icircn atmosferă reacţiile chimice sunt numeroase avand loc icircn toate straturile acesteia principalele gaze care produc reacţii icircn atmosferă su prezentate după cum urmează

Reacţiile oxigenului atmosferic Oxigenul din troposferă joacă un rol important icircn desfasurarea proceselor chimice şi biochimice Astfel

Oxigenul produce energie prin arderea combustibililorCH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

Oxigenul atmospheric permite bacteriilor aerobe să efectueze reacţiile de degradare a substantelor organice

Oxigenul asigură formarea unor roci prin procese oxidative

4 FeO + O2rarr 2 Fe2O3Oxgenul este reicircntrodus icircn ciclul terestru prin reacţia de fotosinteză

8

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Icircn straturile superioare ale atmosferei oxigenul suferă numeroase

procese fotochimice dar cel mai important proces este formarea ozonului icircn stratosferă la icircnălţimea de 50 km ozonul avand rolul de protectie contra radiaţiilor ultraviolet dure

Sub actiunea radiaţiilor ultraviolete λlt242 nm oxigenul molecular disociază icircn atomi de oxigen (oxigen atomic foarte activ)

O2 +hν = O + OOxigenul atomic reacţionează cu ozigenul molecular după un model

trimolecular icircn care a 3-a specie molecular (μ) poate fi molecula de azot sau O2 care absoarbe energia de exces a reacţieipermitand astfel ozonului să se acumuleze

O + O2 + μrarrO3 + μLa randul sau ozonul poate reacţionă astfel

Reformand oxigenul molecular O3 + Orarr2 O2

Reformand ozonulO3 + hvrarr O2 + O

Icircn atmosferă avioanele produc pricircntre diferiti poluanţi şi oxid de azot (NO) care şi el interactionează cu ozonul descompunandu-l

NO + O3rarrNO2 + ONO2 + Orarr NO + O2

Reacţiile azotului atmospheric Icircn troposferă azotul este fixat fie de catre bacterii fie prin fulgere fie prin ardere de combustibili la temperature de peste 600 C

Icircn straturile inalte azotul molecular este disociat icircn atomi icircntr-o masura mult mai mică decacirct oxigenul

N2+ hν rarrN +N N2 + hν rarrN2+ +e N2+ + Orarr NO+ + N

Sau O3 +NOrarrNO2 +O2 NO2 + OrarrNO + O2 NO + hνrarrNO+ e

Reacţiile CO2 atmosferic Bioxidul de carbon este consumat prin reacţia de fotosinteză

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Este eliberat icircn proesele de oxidare a biomasei

CH2O + O2rarr CO2 + H2O Icircn atmosfera inalta poate fi disociat

CO2 + hvrarrCO + O Este produs icircn exces prin arderea combustibililor şi

carburantilor fapt care contribuie la aparitia efectului de seră

CH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

9

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

resurse sunt regenerabile adică se pot regenera la scara vietii umane de exemplu biomasa dar altele nu sunt regenerabile cum ar fi combustibilii fosili Ţinacircnd cont de existenţa resurselor regenerabile şi mai ales de existenţa resurselor neregenerabile trebuie să se aibă permanent icircn vedere viteza cu care resursele sunt consumate iar pentru cele care se gasesc icircn cantitati finite trebuie calculate destul de preacutecis timpul icircn care se vor epuiza Icircn multe situaţii trebuie urmarită utlizarea icircn viitor a anumitor resurse ţinacircnd seama de consumul lor icircn trecut De asemenea este absolute necesară luarea icircn considerare a impactului negativ pe care utilizarea prezentă şi viitoare a diferitlor tipuri de resurse icircl are asupra mediului Problema ingrijoratoare a consumului de resurse vine di faptul că viteza de creştere a acestuia depaseste cu mult viteza impusă de creşterea demografică Adică ca o consecinţă a exploziei demografice a urmat o creştere semnificativă a consumului de resurse

Acest dezechilibru se datorează icircn primul rand creşterii nivelului de trai a calitatii vietii atacirct icircn tarile industrializate cacirct şi icircn tarile subdezvoltate utlizează tehnologii cacirct mai avansate utilizează pe scară largă diferite tipuri de masini şi utilaje care să le usureze munca ţinacircnd să aibă un mod de viaţa icircn care se folosesc cantitati din ce icircn ce mai mari de bunuri manufacturate Cu alte cuvinte fiecare persoana tinde să utilizeze şi să consume cantitati din ce icircn ce mai mari de energie şi de resurse minerale icircn schimbul unui stil de viaţă mai facil pentru acuala omenire icircnsă un stil de viaţă mai dificil pentru viitoarele generatii

4

Capitlul I

Implementarea metabolismului industrial pentru monitorizarea calitatii aerului

ldquoNu vom salva tot ce ne-ar plăcea să salvam dar vom salva mai mult decacirct dacă n-am fi icircncercat delocrdquoSir Peter Scott

11 Rolul şi importanţa atmosferei

Atmosfera este un strat protector care icircntretine viaţa pe pămacircnt şi oprotejazacirc de mediul ostil al spaţiului cosmic Atmosfera este sursa de CO2necesar fotosintezei şi a oxigenului pentru respiraţie Ea furnizează azotul pecare bacteriile fixatoare de azot şi plantele care folosesc amoniac icircl utilizeazăpentru a produce azot legat chimic element esential al moleculelor celulelorvii Ca şi parte fundamentală a ciclului hidrologic atmosfera transportă maselede apă sub formă de vapori din oceane pe pămacircntul solid

Dar atmosfera are şi o funcţie protectoare vitală Ea absoarbe cea mai mareparte a radiaţiilor cosmice din spaţiul cosmic şi protejază organismele deefectul lor mortal Ea absoarbe cea mai mare parte a radiaţiilorelectromagnetice ce vin de la soare permiţacircnd transmisia unor pantesemnificative de radiaţii numai icircn domeniul 300-2500nm (ultravioletulapropiat vizibilul şi infraroşul apropiat) şi 001-40m ndashundele radioPrin absorbia radiaţiilor electromagnetice cu lungime de undă mai mică de300nm atmosfera filtrează radiaţiile electromagnetice periculoase pentru viaţa

5

pe pămacircntMai mult deoarece reabsoarbe cea mai mare parte din radiaţia

infraroşie prin care energia solară absorbită este reemisă icircn spaţiul sideralatmosfera stabilizează temperatura Pămacircntului prevenind variaţiile bruste şiextreme de temperatură

111 Compozitia atmosferei

Atmosfera reprezintă un amestec de gaze denumit aer a cărui compoziţie chimică variază cu altitudinea Expimarea concentraţiei amestecurilor se face icircn funcţie de ordinul de mărime al acestora fie icircn procente fie icircn părţi per milion -ppm părţi per biblion- ppb sau părţi per trilion- ppt Icircn cazul amestecurilor gazoase se utilizează exprimarea concentraţiilor prin fracţii molare notate X care reprezintă raportul dicircntre numărul de moli ai unui component raportat la numărul total de moli ai amestecului

x=VcomponentIVtotal

Conform legii lui Avogadro (icircn condiţii normale un mol de gaz ocupă un volum de 224L indiferent de natura sa) prin urmare fracţia molară a aunui gaz icircntr-un ameste gazos se poate exprima cu relaţia

X=224 xVcomponentI224 xVtotal

=VcomponentVtotal

Aerul uscat (fără H2O) pe o icircnălţime de cativa km conţine urmatoarele componente

1 Componenţi majori Azot-N2 icircn proportie de 7808 Oxigen-O2 icircn proportie de 2095

2 Componenţi minori Dioxid de carbon-CO2icircn proportie de 0035 Neon-Ne icircn proportie de 1818times10-3 Heliu-He icircn proportie de 524times10-4 Kripton-Kr icircn proportie de 14times10-4 Xenon-Xe icircn proportie de 87times10-6

3 Componenţi icircn urme CH4 CO NO N2O NH3 H2 H2O2 CS2 SO2 CO2F2 etc

Atmosfera conţine şi apa icircn proportie de 1-3

6

12Structura atmosferei

Atmosfera are o stuctură stratificată care este rezultatul icircn primul racircnd aldensităţii gazelor componenete Stratificarea atmosferei are loc pe baza relatieitemperatură densitate care la racircndul ei este consecinţa interrelatiei dicircntreprocesrele fizice şi fotochimice din aer

Partea inferioară a atmosferei numită Troposferă se icircntinde de la nivelul mării picircnă la cca 12 Km Atmosfera fiind aplatizată datorită rotatiei Pămacircntuluitroposfera are o grosmie maximă de picircnă la 18 Km la ecuator şi o grosimeminimă cca7 Km la poli

Este zona cea mai densă a atmosferei practi 50 din masa totală a atmosferei este condensată pe o icircnălţime de maximum 5Km Troposfera conţine un amestec omogen de gaze datorită miscarii deplasării şi deci amestecării maselor de aer Icircn troposferă temperatura scade dar icircn straturile joase se constată fenomenul de inversiune termică adică temperature creşte cu altitudinea ceea ce are un rol deosebit icircn icircmpiedicarea icircmprăstierii poluanţilor La nivelul tropopauzei temperatura este mai scăzută la ecuator(-80ordmC ) şi mai ridicată la pol (50ordmC)Temperatura foarte scăzută din stratul superior de ndash56 ordm C serveste ca barieră de condensare şi precipitare a vaporilor de apă sub formă de gheată evitacircndu-se astfel disocierea apei icircn O2 şi H2 sub influenta radiaţiilor ultraviolete puternice cu pierderea totală a hidrogenului Icircn troposferă au loc miscări ale maselor de aer aticirct pe orizontală cicirct şi pe verticală

Cel de al doilea strat se numeste Stratosferă datorită stratificării regulate astratelor de aer Structura stratificată face ca deplasările pe verticlă să fie practicinexistenţe ceea ce icirci dă posibilitatea să retină poluanţii ajunsi aiciCreşterea temperaturii pacircnă la valoarea de -2ordmC se datoreste prezentei ozonuluicare poate atinge o concentraţie de pacircnă la 10ppm icircn zona mijloc a stratosfereiIncălzirea se datorează absorbtiei de către ozon a radiaţiilor ultraviolete La

7

aproximativ 45-50Km există o nouă zone de disconţinuitate termica stratopauzăde unde icircncepea treia zonă

Icircn Mezosferă temperatura scade pină la mezopauză la aproximativ -100ordmC

Ultimul strat Termosfera se icircntinde picircnă la aproximativ 1000Km Datorităintensitătii deosebit de mari a fluxului de radiaţii ionizante şi ultraviolete emis desoare icircn acest strat deosebit de rarefiat temperatura atinge valori de picircnă la1400ordmC

La icircnăltimi mai mari de 1000Km se găseste ExosferaIcircn afară acestei clasificari a regiunilor atmosferei se utilizează

denumitea deIonosferă pentru domeniul cuprins icircntre altitudinile de 80 şi 600Km unde gazelesunt ionizate şi se găsesc sub formă de plasmă

13 Reacţiile chimice şi fotochimice din troposferă

Atmosfera se comportă din punct de vedere chimic ca un reactor chimic icircn care au loc variate şi complicate procese chimice sub actiunea caldurii şi a luminii (reacţii chimice şi fotochimice)

Mai ales sub actiunea radiaţiilor electromagnetice au loc reacţii de disociere de transfer inter şi icircntramolecular de luminiscentă de izomerizare de formare de ioni şi radicali chimici active

Icircn atmosferă reacţiile chimice sunt numeroase avand loc icircn toate straturile acesteia principalele gaze care produc reacţii icircn atmosferă su prezentate după cum urmează

Reacţiile oxigenului atmosferic Oxigenul din troposferă joacă un rol important icircn desfasurarea proceselor chimice şi biochimice Astfel

Oxigenul produce energie prin arderea combustibililorCH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

Oxigenul atmospheric permite bacteriilor aerobe să efectueze reacţiile de degradare a substantelor organice

Oxigenul asigură formarea unor roci prin procese oxidative

4 FeO + O2rarr 2 Fe2O3Oxgenul este reicircntrodus icircn ciclul terestru prin reacţia de fotosinteză

8

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Icircn straturile superioare ale atmosferei oxigenul suferă numeroase

procese fotochimice dar cel mai important proces este formarea ozonului icircn stratosferă la icircnălţimea de 50 km ozonul avand rolul de protectie contra radiaţiilor ultraviolet dure

Sub actiunea radiaţiilor ultraviolete λlt242 nm oxigenul molecular disociază icircn atomi de oxigen (oxigen atomic foarte activ)

O2 +hν = O + OOxigenul atomic reacţionează cu ozigenul molecular după un model

trimolecular icircn care a 3-a specie molecular (μ) poate fi molecula de azot sau O2 care absoarbe energia de exces a reacţieipermitand astfel ozonului să se acumuleze

O + O2 + μrarrO3 + μLa randul sau ozonul poate reacţionă astfel

Reformand oxigenul molecular O3 + Orarr2 O2

Reformand ozonulO3 + hvrarr O2 + O

Icircn atmosferă avioanele produc pricircntre diferiti poluanţi şi oxid de azot (NO) care şi el interactionează cu ozonul descompunandu-l

NO + O3rarrNO2 + ONO2 + Orarr NO + O2

Reacţiile azotului atmospheric Icircn troposferă azotul este fixat fie de catre bacterii fie prin fulgere fie prin ardere de combustibili la temperature de peste 600 C

Icircn straturile inalte azotul molecular este disociat icircn atomi icircntr-o masura mult mai mică decacirct oxigenul

N2+ hν rarrN +N N2 + hν rarrN2+ +e N2+ + Orarr NO+ + N

Sau O3 +NOrarrNO2 +O2 NO2 + OrarrNO + O2 NO + hνrarrNO+ e

Reacţiile CO2 atmosferic Bioxidul de carbon este consumat prin reacţia de fotosinteză

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Este eliberat icircn proesele de oxidare a biomasei

CH2O + O2rarr CO2 + H2O Icircn atmosfera inalta poate fi disociat

CO2 + hvrarrCO + O Este produs icircn exces prin arderea combustibililor şi

carburantilor fapt care contribuie la aparitia efectului de seră

CH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

9

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

Capitlul I

Implementarea metabolismului industrial pentru monitorizarea calitatii aerului

ldquoNu vom salva tot ce ne-ar plăcea să salvam dar vom salva mai mult decacirct dacă n-am fi icircncercat delocrdquoSir Peter Scott

11 Rolul şi importanţa atmosferei

Atmosfera este un strat protector care icircntretine viaţa pe pămacircnt şi oprotejazacirc de mediul ostil al spaţiului cosmic Atmosfera este sursa de CO2necesar fotosintezei şi a oxigenului pentru respiraţie Ea furnizează azotul pecare bacteriile fixatoare de azot şi plantele care folosesc amoniac icircl utilizeazăpentru a produce azot legat chimic element esential al moleculelor celulelorvii Ca şi parte fundamentală a ciclului hidrologic atmosfera transportă maselede apă sub formă de vapori din oceane pe pămacircntul solid

Dar atmosfera are şi o funcţie protectoare vitală Ea absoarbe cea mai mareparte a radiaţiilor cosmice din spaţiul cosmic şi protejază organismele deefectul lor mortal Ea absoarbe cea mai mare parte a radiaţiilorelectromagnetice ce vin de la soare permiţacircnd transmisia unor pantesemnificative de radiaţii numai icircn domeniul 300-2500nm (ultravioletulapropiat vizibilul şi infraroşul apropiat) şi 001-40m ndashundele radioPrin absorbia radiaţiilor electromagnetice cu lungime de undă mai mică de300nm atmosfera filtrează radiaţiile electromagnetice periculoase pentru viaţa

5

pe pămacircntMai mult deoarece reabsoarbe cea mai mare parte din radiaţia

infraroşie prin care energia solară absorbită este reemisă icircn spaţiul sideralatmosfera stabilizează temperatura Pămacircntului prevenind variaţiile bruste şiextreme de temperatură

111 Compozitia atmosferei

Atmosfera reprezintă un amestec de gaze denumit aer a cărui compoziţie chimică variază cu altitudinea Expimarea concentraţiei amestecurilor se face icircn funcţie de ordinul de mărime al acestora fie icircn procente fie icircn părţi per milion -ppm părţi per biblion- ppb sau părţi per trilion- ppt Icircn cazul amestecurilor gazoase se utilizează exprimarea concentraţiilor prin fracţii molare notate X care reprezintă raportul dicircntre numărul de moli ai unui component raportat la numărul total de moli ai amestecului

x=VcomponentIVtotal

Conform legii lui Avogadro (icircn condiţii normale un mol de gaz ocupă un volum de 224L indiferent de natura sa) prin urmare fracţia molară a aunui gaz icircntr-un ameste gazos se poate exprima cu relaţia

X=224 xVcomponentI224 xVtotal

=VcomponentVtotal

Aerul uscat (fără H2O) pe o icircnălţime de cativa km conţine urmatoarele componente

1 Componenţi majori Azot-N2 icircn proportie de 7808 Oxigen-O2 icircn proportie de 2095

2 Componenţi minori Dioxid de carbon-CO2icircn proportie de 0035 Neon-Ne icircn proportie de 1818times10-3 Heliu-He icircn proportie de 524times10-4 Kripton-Kr icircn proportie de 14times10-4 Xenon-Xe icircn proportie de 87times10-6

3 Componenţi icircn urme CH4 CO NO N2O NH3 H2 H2O2 CS2 SO2 CO2F2 etc

Atmosfera conţine şi apa icircn proportie de 1-3

6

12Structura atmosferei

Atmosfera are o stuctură stratificată care este rezultatul icircn primul racircnd aldensităţii gazelor componenete Stratificarea atmosferei are loc pe baza relatieitemperatură densitate care la racircndul ei este consecinţa interrelatiei dicircntreprocesrele fizice şi fotochimice din aer

Partea inferioară a atmosferei numită Troposferă se icircntinde de la nivelul mării picircnă la cca 12 Km Atmosfera fiind aplatizată datorită rotatiei Pămacircntuluitroposfera are o grosmie maximă de picircnă la 18 Km la ecuator şi o grosimeminimă cca7 Km la poli

Este zona cea mai densă a atmosferei practi 50 din masa totală a atmosferei este condensată pe o icircnălţime de maximum 5Km Troposfera conţine un amestec omogen de gaze datorită miscarii deplasării şi deci amestecării maselor de aer Icircn troposferă temperatura scade dar icircn straturile joase se constată fenomenul de inversiune termică adică temperature creşte cu altitudinea ceea ce are un rol deosebit icircn icircmpiedicarea icircmprăstierii poluanţilor La nivelul tropopauzei temperatura este mai scăzută la ecuator(-80ordmC ) şi mai ridicată la pol (50ordmC)Temperatura foarte scăzută din stratul superior de ndash56 ordm C serveste ca barieră de condensare şi precipitare a vaporilor de apă sub formă de gheată evitacircndu-se astfel disocierea apei icircn O2 şi H2 sub influenta radiaţiilor ultraviolete puternice cu pierderea totală a hidrogenului Icircn troposferă au loc miscări ale maselor de aer aticirct pe orizontală cicirct şi pe verticală

Cel de al doilea strat se numeste Stratosferă datorită stratificării regulate astratelor de aer Structura stratificată face ca deplasările pe verticlă să fie practicinexistenţe ceea ce icirci dă posibilitatea să retină poluanţii ajunsi aiciCreşterea temperaturii pacircnă la valoarea de -2ordmC se datoreste prezentei ozonuluicare poate atinge o concentraţie de pacircnă la 10ppm icircn zona mijloc a stratosfereiIncălzirea se datorează absorbtiei de către ozon a radiaţiilor ultraviolete La

7

aproximativ 45-50Km există o nouă zone de disconţinuitate termica stratopauzăde unde icircncepea treia zonă

Icircn Mezosferă temperatura scade pină la mezopauză la aproximativ -100ordmC

Ultimul strat Termosfera se icircntinde picircnă la aproximativ 1000Km Datorităintensitătii deosebit de mari a fluxului de radiaţii ionizante şi ultraviolete emis desoare icircn acest strat deosebit de rarefiat temperatura atinge valori de picircnă la1400ordmC

La icircnăltimi mai mari de 1000Km se găseste ExosferaIcircn afară acestei clasificari a regiunilor atmosferei se utilizează

denumitea deIonosferă pentru domeniul cuprins icircntre altitudinile de 80 şi 600Km unde gazelesunt ionizate şi se găsesc sub formă de plasmă

13 Reacţiile chimice şi fotochimice din troposferă

Atmosfera se comportă din punct de vedere chimic ca un reactor chimic icircn care au loc variate şi complicate procese chimice sub actiunea caldurii şi a luminii (reacţii chimice şi fotochimice)

Mai ales sub actiunea radiaţiilor electromagnetice au loc reacţii de disociere de transfer inter şi icircntramolecular de luminiscentă de izomerizare de formare de ioni şi radicali chimici active

Icircn atmosferă reacţiile chimice sunt numeroase avand loc icircn toate straturile acesteia principalele gaze care produc reacţii icircn atmosferă su prezentate după cum urmează

Reacţiile oxigenului atmosferic Oxigenul din troposferă joacă un rol important icircn desfasurarea proceselor chimice şi biochimice Astfel

Oxigenul produce energie prin arderea combustibililorCH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

Oxigenul atmospheric permite bacteriilor aerobe să efectueze reacţiile de degradare a substantelor organice

Oxigenul asigură formarea unor roci prin procese oxidative

4 FeO + O2rarr 2 Fe2O3Oxgenul este reicircntrodus icircn ciclul terestru prin reacţia de fotosinteză

8

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Icircn straturile superioare ale atmosferei oxigenul suferă numeroase

procese fotochimice dar cel mai important proces este formarea ozonului icircn stratosferă la icircnălţimea de 50 km ozonul avand rolul de protectie contra radiaţiilor ultraviolet dure

Sub actiunea radiaţiilor ultraviolete λlt242 nm oxigenul molecular disociază icircn atomi de oxigen (oxigen atomic foarte activ)

O2 +hν = O + OOxigenul atomic reacţionează cu ozigenul molecular după un model

trimolecular icircn care a 3-a specie molecular (μ) poate fi molecula de azot sau O2 care absoarbe energia de exces a reacţieipermitand astfel ozonului să se acumuleze

O + O2 + μrarrO3 + μLa randul sau ozonul poate reacţionă astfel

Reformand oxigenul molecular O3 + Orarr2 O2

Reformand ozonulO3 + hvrarr O2 + O

Icircn atmosferă avioanele produc pricircntre diferiti poluanţi şi oxid de azot (NO) care şi el interactionează cu ozonul descompunandu-l

NO + O3rarrNO2 + ONO2 + Orarr NO + O2

Reacţiile azotului atmospheric Icircn troposferă azotul este fixat fie de catre bacterii fie prin fulgere fie prin ardere de combustibili la temperature de peste 600 C

Icircn straturile inalte azotul molecular este disociat icircn atomi icircntr-o masura mult mai mică decacirct oxigenul

N2+ hν rarrN +N N2 + hν rarrN2+ +e N2+ + Orarr NO+ + N

Sau O3 +NOrarrNO2 +O2 NO2 + OrarrNO + O2 NO + hνrarrNO+ e

Reacţiile CO2 atmosferic Bioxidul de carbon este consumat prin reacţia de fotosinteză

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Este eliberat icircn proesele de oxidare a biomasei

CH2O + O2rarr CO2 + H2O Icircn atmosfera inalta poate fi disociat

CO2 + hvrarrCO + O Este produs icircn exces prin arderea combustibililor şi

carburantilor fapt care contribuie la aparitia efectului de seră

CH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

9

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

pe pămacircntMai mult deoarece reabsoarbe cea mai mare parte din radiaţia

infraroşie prin care energia solară absorbită este reemisă icircn spaţiul sideralatmosfera stabilizează temperatura Pămacircntului prevenind variaţiile bruste şiextreme de temperatură

111 Compozitia atmosferei

Atmosfera reprezintă un amestec de gaze denumit aer a cărui compoziţie chimică variază cu altitudinea Expimarea concentraţiei amestecurilor se face icircn funcţie de ordinul de mărime al acestora fie icircn procente fie icircn părţi per milion -ppm părţi per biblion- ppb sau părţi per trilion- ppt Icircn cazul amestecurilor gazoase se utilizează exprimarea concentraţiilor prin fracţii molare notate X care reprezintă raportul dicircntre numărul de moli ai unui component raportat la numărul total de moli ai amestecului

x=VcomponentIVtotal

Conform legii lui Avogadro (icircn condiţii normale un mol de gaz ocupă un volum de 224L indiferent de natura sa) prin urmare fracţia molară a aunui gaz icircntr-un ameste gazos se poate exprima cu relaţia

X=224 xVcomponentI224 xVtotal

=VcomponentVtotal

Aerul uscat (fără H2O) pe o icircnălţime de cativa km conţine urmatoarele componente

1 Componenţi majori Azot-N2 icircn proportie de 7808 Oxigen-O2 icircn proportie de 2095

2 Componenţi minori Dioxid de carbon-CO2icircn proportie de 0035 Neon-Ne icircn proportie de 1818times10-3 Heliu-He icircn proportie de 524times10-4 Kripton-Kr icircn proportie de 14times10-4 Xenon-Xe icircn proportie de 87times10-6

3 Componenţi icircn urme CH4 CO NO N2O NH3 H2 H2O2 CS2 SO2 CO2F2 etc

Atmosfera conţine şi apa icircn proportie de 1-3

6

12Structura atmosferei

Atmosfera are o stuctură stratificată care este rezultatul icircn primul racircnd aldensităţii gazelor componenete Stratificarea atmosferei are loc pe baza relatieitemperatură densitate care la racircndul ei este consecinţa interrelatiei dicircntreprocesrele fizice şi fotochimice din aer

Partea inferioară a atmosferei numită Troposferă se icircntinde de la nivelul mării picircnă la cca 12 Km Atmosfera fiind aplatizată datorită rotatiei Pămacircntuluitroposfera are o grosmie maximă de picircnă la 18 Km la ecuator şi o grosimeminimă cca7 Km la poli

Este zona cea mai densă a atmosferei practi 50 din masa totală a atmosferei este condensată pe o icircnălţime de maximum 5Km Troposfera conţine un amestec omogen de gaze datorită miscarii deplasării şi deci amestecării maselor de aer Icircn troposferă temperatura scade dar icircn straturile joase se constată fenomenul de inversiune termică adică temperature creşte cu altitudinea ceea ce are un rol deosebit icircn icircmpiedicarea icircmprăstierii poluanţilor La nivelul tropopauzei temperatura este mai scăzută la ecuator(-80ordmC ) şi mai ridicată la pol (50ordmC)Temperatura foarte scăzută din stratul superior de ndash56 ordm C serveste ca barieră de condensare şi precipitare a vaporilor de apă sub formă de gheată evitacircndu-se astfel disocierea apei icircn O2 şi H2 sub influenta radiaţiilor ultraviolete puternice cu pierderea totală a hidrogenului Icircn troposferă au loc miscări ale maselor de aer aticirct pe orizontală cicirct şi pe verticală

Cel de al doilea strat se numeste Stratosferă datorită stratificării regulate astratelor de aer Structura stratificată face ca deplasările pe verticlă să fie practicinexistenţe ceea ce icirci dă posibilitatea să retină poluanţii ajunsi aiciCreşterea temperaturii pacircnă la valoarea de -2ordmC se datoreste prezentei ozonuluicare poate atinge o concentraţie de pacircnă la 10ppm icircn zona mijloc a stratosfereiIncălzirea se datorează absorbtiei de către ozon a radiaţiilor ultraviolete La

7

aproximativ 45-50Km există o nouă zone de disconţinuitate termica stratopauzăde unde icircncepea treia zonă

Icircn Mezosferă temperatura scade pină la mezopauză la aproximativ -100ordmC

Ultimul strat Termosfera se icircntinde picircnă la aproximativ 1000Km Datorităintensitătii deosebit de mari a fluxului de radiaţii ionizante şi ultraviolete emis desoare icircn acest strat deosebit de rarefiat temperatura atinge valori de picircnă la1400ordmC

La icircnăltimi mai mari de 1000Km se găseste ExosferaIcircn afară acestei clasificari a regiunilor atmosferei se utilizează

denumitea deIonosferă pentru domeniul cuprins icircntre altitudinile de 80 şi 600Km unde gazelesunt ionizate şi se găsesc sub formă de plasmă

13 Reacţiile chimice şi fotochimice din troposferă

Atmosfera se comportă din punct de vedere chimic ca un reactor chimic icircn care au loc variate şi complicate procese chimice sub actiunea caldurii şi a luminii (reacţii chimice şi fotochimice)

Mai ales sub actiunea radiaţiilor electromagnetice au loc reacţii de disociere de transfer inter şi icircntramolecular de luminiscentă de izomerizare de formare de ioni şi radicali chimici active

Icircn atmosferă reacţiile chimice sunt numeroase avand loc icircn toate straturile acesteia principalele gaze care produc reacţii icircn atmosferă su prezentate după cum urmează

Reacţiile oxigenului atmosferic Oxigenul din troposferă joacă un rol important icircn desfasurarea proceselor chimice şi biochimice Astfel

Oxigenul produce energie prin arderea combustibililorCH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

Oxigenul atmospheric permite bacteriilor aerobe să efectueze reacţiile de degradare a substantelor organice

Oxigenul asigură formarea unor roci prin procese oxidative

4 FeO + O2rarr 2 Fe2O3Oxgenul este reicircntrodus icircn ciclul terestru prin reacţia de fotosinteză

8

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Icircn straturile superioare ale atmosferei oxigenul suferă numeroase

procese fotochimice dar cel mai important proces este formarea ozonului icircn stratosferă la icircnălţimea de 50 km ozonul avand rolul de protectie contra radiaţiilor ultraviolet dure

Sub actiunea radiaţiilor ultraviolete λlt242 nm oxigenul molecular disociază icircn atomi de oxigen (oxigen atomic foarte activ)

O2 +hν = O + OOxigenul atomic reacţionează cu ozigenul molecular după un model

trimolecular icircn care a 3-a specie molecular (μ) poate fi molecula de azot sau O2 care absoarbe energia de exces a reacţieipermitand astfel ozonului să se acumuleze

O + O2 + μrarrO3 + μLa randul sau ozonul poate reacţionă astfel

Reformand oxigenul molecular O3 + Orarr2 O2

Reformand ozonulO3 + hvrarr O2 + O

Icircn atmosferă avioanele produc pricircntre diferiti poluanţi şi oxid de azot (NO) care şi el interactionează cu ozonul descompunandu-l

NO + O3rarrNO2 + ONO2 + Orarr NO + O2

Reacţiile azotului atmospheric Icircn troposferă azotul este fixat fie de catre bacterii fie prin fulgere fie prin ardere de combustibili la temperature de peste 600 C

Icircn straturile inalte azotul molecular este disociat icircn atomi icircntr-o masura mult mai mică decacirct oxigenul

N2+ hν rarrN +N N2 + hν rarrN2+ +e N2+ + Orarr NO+ + N

Sau O3 +NOrarrNO2 +O2 NO2 + OrarrNO + O2 NO + hνrarrNO+ e

Reacţiile CO2 atmosferic Bioxidul de carbon este consumat prin reacţia de fotosinteză

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Este eliberat icircn proesele de oxidare a biomasei

CH2O + O2rarr CO2 + H2O Icircn atmosfera inalta poate fi disociat

CO2 + hvrarrCO + O Este produs icircn exces prin arderea combustibililor şi

carburantilor fapt care contribuie la aparitia efectului de seră

CH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

9

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

12Structura atmosferei

Atmosfera are o stuctură stratificată care este rezultatul icircn primul racircnd aldensităţii gazelor componenete Stratificarea atmosferei are loc pe baza relatieitemperatură densitate care la racircndul ei este consecinţa interrelatiei dicircntreprocesrele fizice şi fotochimice din aer

Partea inferioară a atmosferei numită Troposferă se icircntinde de la nivelul mării picircnă la cca 12 Km Atmosfera fiind aplatizată datorită rotatiei Pămacircntuluitroposfera are o grosmie maximă de picircnă la 18 Km la ecuator şi o grosimeminimă cca7 Km la poli

Este zona cea mai densă a atmosferei practi 50 din masa totală a atmosferei este condensată pe o icircnălţime de maximum 5Km Troposfera conţine un amestec omogen de gaze datorită miscarii deplasării şi deci amestecării maselor de aer Icircn troposferă temperatura scade dar icircn straturile joase se constată fenomenul de inversiune termică adică temperature creşte cu altitudinea ceea ce are un rol deosebit icircn icircmpiedicarea icircmprăstierii poluanţilor La nivelul tropopauzei temperatura este mai scăzută la ecuator(-80ordmC ) şi mai ridicată la pol (50ordmC)Temperatura foarte scăzută din stratul superior de ndash56 ordm C serveste ca barieră de condensare şi precipitare a vaporilor de apă sub formă de gheată evitacircndu-se astfel disocierea apei icircn O2 şi H2 sub influenta radiaţiilor ultraviolete puternice cu pierderea totală a hidrogenului Icircn troposferă au loc miscări ale maselor de aer aticirct pe orizontală cicirct şi pe verticală

Cel de al doilea strat se numeste Stratosferă datorită stratificării regulate astratelor de aer Structura stratificată face ca deplasările pe verticlă să fie practicinexistenţe ceea ce icirci dă posibilitatea să retină poluanţii ajunsi aiciCreşterea temperaturii pacircnă la valoarea de -2ordmC se datoreste prezentei ozonuluicare poate atinge o concentraţie de pacircnă la 10ppm icircn zona mijloc a stratosfereiIncălzirea se datorează absorbtiei de către ozon a radiaţiilor ultraviolete La

7

aproximativ 45-50Km există o nouă zone de disconţinuitate termica stratopauzăde unde icircncepea treia zonă

Icircn Mezosferă temperatura scade pină la mezopauză la aproximativ -100ordmC

Ultimul strat Termosfera se icircntinde picircnă la aproximativ 1000Km Datorităintensitătii deosebit de mari a fluxului de radiaţii ionizante şi ultraviolete emis desoare icircn acest strat deosebit de rarefiat temperatura atinge valori de picircnă la1400ordmC

La icircnăltimi mai mari de 1000Km se găseste ExosferaIcircn afară acestei clasificari a regiunilor atmosferei se utilizează

denumitea deIonosferă pentru domeniul cuprins icircntre altitudinile de 80 şi 600Km unde gazelesunt ionizate şi se găsesc sub formă de plasmă

13 Reacţiile chimice şi fotochimice din troposferă

Atmosfera se comportă din punct de vedere chimic ca un reactor chimic icircn care au loc variate şi complicate procese chimice sub actiunea caldurii şi a luminii (reacţii chimice şi fotochimice)

Mai ales sub actiunea radiaţiilor electromagnetice au loc reacţii de disociere de transfer inter şi icircntramolecular de luminiscentă de izomerizare de formare de ioni şi radicali chimici active

Icircn atmosferă reacţiile chimice sunt numeroase avand loc icircn toate straturile acesteia principalele gaze care produc reacţii icircn atmosferă su prezentate după cum urmează

Reacţiile oxigenului atmosferic Oxigenul din troposferă joacă un rol important icircn desfasurarea proceselor chimice şi biochimice Astfel

Oxigenul produce energie prin arderea combustibililorCH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

Oxigenul atmospheric permite bacteriilor aerobe să efectueze reacţiile de degradare a substantelor organice

Oxigenul asigură formarea unor roci prin procese oxidative

4 FeO + O2rarr 2 Fe2O3Oxgenul este reicircntrodus icircn ciclul terestru prin reacţia de fotosinteză

8

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Icircn straturile superioare ale atmosferei oxigenul suferă numeroase

procese fotochimice dar cel mai important proces este formarea ozonului icircn stratosferă la icircnălţimea de 50 km ozonul avand rolul de protectie contra radiaţiilor ultraviolet dure

Sub actiunea radiaţiilor ultraviolete λlt242 nm oxigenul molecular disociază icircn atomi de oxigen (oxigen atomic foarte activ)

O2 +hν = O + OOxigenul atomic reacţionează cu ozigenul molecular după un model

trimolecular icircn care a 3-a specie molecular (μ) poate fi molecula de azot sau O2 care absoarbe energia de exces a reacţieipermitand astfel ozonului să se acumuleze

O + O2 + μrarrO3 + μLa randul sau ozonul poate reacţionă astfel

Reformand oxigenul molecular O3 + Orarr2 O2

Reformand ozonulO3 + hvrarr O2 + O

Icircn atmosferă avioanele produc pricircntre diferiti poluanţi şi oxid de azot (NO) care şi el interactionează cu ozonul descompunandu-l

NO + O3rarrNO2 + ONO2 + Orarr NO + O2

Reacţiile azotului atmospheric Icircn troposferă azotul este fixat fie de catre bacterii fie prin fulgere fie prin ardere de combustibili la temperature de peste 600 C

Icircn straturile inalte azotul molecular este disociat icircn atomi icircntr-o masura mult mai mică decacirct oxigenul

N2+ hν rarrN +N N2 + hν rarrN2+ +e N2+ + Orarr NO+ + N

Sau O3 +NOrarrNO2 +O2 NO2 + OrarrNO + O2 NO + hνrarrNO+ e

Reacţiile CO2 atmosferic Bioxidul de carbon este consumat prin reacţia de fotosinteză

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Este eliberat icircn proesele de oxidare a biomasei

CH2O + O2rarr CO2 + H2O Icircn atmosfera inalta poate fi disociat

CO2 + hvrarrCO + O Este produs icircn exces prin arderea combustibililor şi

carburantilor fapt care contribuie la aparitia efectului de seră

CH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

9

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

aproximativ 45-50Km există o nouă zone de disconţinuitate termica stratopauzăde unde icircncepea treia zonă

Icircn Mezosferă temperatura scade pină la mezopauză la aproximativ -100ordmC

Ultimul strat Termosfera se icircntinde picircnă la aproximativ 1000Km Datorităintensitătii deosebit de mari a fluxului de radiaţii ionizante şi ultraviolete emis desoare icircn acest strat deosebit de rarefiat temperatura atinge valori de picircnă la1400ordmC

La icircnăltimi mai mari de 1000Km se găseste ExosferaIcircn afară acestei clasificari a regiunilor atmosferei se utilizează

denumitea deIonosferă pentru domeniul cuprins icircntre altitudinile de 80 şi 600Km unde gazelesunt ionizate şi se găsesc sub formă de plasmă

13 Reacţiile chimice şi fotochimice din troposferă

Atmosfera se comportă din punct de vedere chimic ca un reactor chimic icircn care au loc variate şi complicate procese chimice sub actiunea caldurii şi a luminii (reacţii chimice şi fotochimice)

Mai ales sub actiunea radiaţiilor electromagnetice au loc reacţii de disociere de transfer inter şi icircntramolecular de luminiscentă de izomerizare de formare de ioni şi radicali chimici active

Icircn atmosferă reacţiile chimice sunt numeroase avand loc icircn toate straturile acesteia principalele gaze care produc reacţii icircn atmosferă su prezentate după cum urmează

Reacţiile oxigenului atmosferic Oxigenul din troposferă joacă un rol important icircn desfasurarea proceselor chimice şi biochimice Astfel

Oxigenul produce energie prin arderea combustibililorCH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

Oxigenul atmospheric permite bacteriilor aerobe să efectueze reacţiile de degradare a substantelor organice

Oxigenul asigură formarea unor roci prin procese oxidative

4 FeO + O2rarr 2 Fe2O3Oxgenul este reicircntrodus icircn ciclul terestru prin reacţia de fotosinteză

8

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Icircn straturile superioare ale atmosferei oxigenul suferă numeroase

procese fotochimice dar cel mai important proces este formarea ozonului icircn stratosferă la icircnălţimea de 50 km ozonul avand rolul de protectie contra radiaţiilor ultraviolet dure

Sub actiunea radiaţiilor ultraviolete λlt242 nm oxigenul molecular disociază icircn atomi de oxigen (oxigen atomic foarte activ)

O2 +hν = O + OOxigenul atomic reacţionează cu ozigenul molecular după un model

trimolecular icircn care a 3-a specie molecular (μ) poate fi molecula de azot sau O2 care absoarbe energia de exces a reacţieipermitand astfel ozonului să se acumuleze

O + O2 + μrarrO3 + μLa randul sau ozonul poate reacţionă astfel

Reformand oxigenul molecular O3 + Orarr2 O2

Reformand ozonulO3 + hvrarr O2 + O

Icircn atmosferă avioanele produc pricircntre diferiti poluanţi şi oxid de azot (NO) care şi el interactionează cu ozonul descompunandu-l

NO + O3rarrNO2 + ONO2 + Orarr NO + O2

Reacţiile azotului atmospheric Icircn troposferă azotul este fixat fie de catre bacterii fie prin fulgere fie prin ardere de combustibili la temperature de peste 600 C

Icircn straturile inalte azotul molecular este disociat icircn atomi icircntr-o masura mult mai mică decacirct oxigenul

N2+ hν rarrN +N N2 + hν rarrN2+ +e N2+ + Orarr NO+ + N

Sau O3 +NOrarrNO2 +O2 NO2 + OrarrNO + O2 NO + hνrarrNO+ e

Reacţiile CO2 atmosferic Bioxidul de carbon este consumat prin reacţia de fotosinteză

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Este eliberat icircn proesele de oxidare a biomasei

CH2O + O2rarr CO2 + H2O Icircn atmosfera inalta poate fi disociat

CO2 + hvrarrCO + O Este produs icircn exces prin arderea combustibililor şi

carburantilor fapt care contribuie la aparitia efectului de seră

CH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

9

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Icircn straturile superioare ale atmosferei oxigenul suferă numeroase

procese fotochimice dar cel mai important proces este formarea ozonului icircn stratosferă la icircnălţimea de 50 km ozonul avand rolul de protectie contra radiaţiilor ultraviolet dure

Sub actiunea radiaţiilor ultraviolete λlt242 nm oxigenul molecular disociază icircn atomi de oxigen (oxigen atomic foarte activ)

O2 +hν = O + OOxigenul atomic reacţionează cu ozigenul molecular după un model

trimolecular icircn care a 3-a specie molecular (μ) poate fi molecula de azot sau O2 care absoarbe energia de exces a reacţieipermitand astfel ozonului să se acumuleze

O + O2 + μrarrO3 + μLa randul sau ozonul poate reacţionă astfel

Reformand oxigenul molecular O3 + Orarr2 O2

Reformand ozonulO3 + hvrarr O2 + O

Icircn atmosferă avioanele produc pricircntre diferiti poluanţi şi oxid de azot (NO) care şi el interactionează cu ozonul descompunandu-l

NO + O3rarrNO2 + ONO2 + Orarr NO + O2

Reacţiile azotului atmospheric Icircn troposferă azotul este fixat fie de catre bacterii fie prin fulgere fie prin ardere de combustibili la temperature de peste 600 C

Icircn straturile inalte azotul molecular este disociat icircn atomi icircntr-o masura mult mai mică decacirct oxigenul

N2+ hν rarrN +N N2 + hν rarrN2+ +e N2+ + Orarr NO+ + N

Sau O3 +NOrarrNO2 +O2 NO2 + OrarrNO + O2 NO + hνrarrNO+ e

Reacţiile CO2 atmosferic Bioxidul de carbon este consumat prin reacţia de fotosinteză

CO2 + H2Orarr CH2O + O2 Este eliberat icircn proesele de oxidare a biomasei

CH2O + O2rarr CO2 + H2O Icircn atmosfera inalta poate fi disociat

CO2 + hvrarrCO + O Este produs icircn exces prin arderea combustibililor şi

carburantilor fapt care contribuie la aparitia efectului de seră

CH4 + 2 O2rarr CO2 + 2 H2O

9

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

Apa icircn atmosferă Ciclul apei icircn atmosferă este prezntat icircn scenă urmatoare

Apaisinocean vaporizare rarr apa atmosferica condensare

rarr ploi rarr apa terestra si subteranararr vietuitoare evaporaretranspiratie

rarrisinatmosfera

Prin acest ciclu apa face posibilă existenţ biosferei Apa atmosferică şi terestră find solvent dizolvă multe substante inclusiv sarurile sau acizii formand ploi acide sau ceaţa salina sau smog

Icircn straturile inalte ale atmosferei apa reacţionează cu radiaţiile ultraviolet

H2O+hvrarrHO+H Particulele icircn atmosferă praf fum nori ceaţă smog

lichide Particulele sunt implicate icircn numeroase procese chimice din atmosferă

14 Controlul poluarii atmosferei

141 Tipul şi sursele poluarii aerului

Poluarea reprezintă contaminarea mediului icircnconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană calitatea vieții sau funcția naturală a ecosistemelor (organismele vii și mediul icircn care trăiesc) Chiar dacă uneori poluarea mediului icircnconjurător este un rezultat al cauzelor naturale cum ar fi erupțiile vulcanice cea mai mare parte a substanțelor poluante provine din activitățile umane Contaminarea umană a atmosferei Pămacircntului poate lua

10

multe forme și a existat de cacircnd oamenii au icircnceput să utilizeze focul pentru agricultură icircncălzire și gătitul alimentelor Icircn timpul Revoluției Industriale (secXVIII şi XIX) poluarea aerului a devenit o problemă majoră

Cei mai multi poluanţi ai aerului sunt gaze sau particule fine Principalele gaze poluante sunt oxizii de carbon de sulf şi de azot Aceste gaze provin de cele mai multe ori din aceleasi surse dar fiecare creează problem diferite distincte

Poluarea urbană a aerului este cunoscută sub denumirea de bdquosmogrdquo Smogul este icircn general un amestec de monoxid de carbon și compuși organici din combustia incompletă a combustibililor fosili cum ar fi cărbunii și de dioxid de sulf de la impuritățile din combustibili Icircn timp ce smogul reacționează cuoxigenul acizii organici și sulfurici se condensează sub formă de picături icircntețind ceața Pacircnă icircn secolul XX smogul devenise deja un pericol major pentru sănătate

După natura lor distingem urmatoarele grupe de poluanţi atmosferici

Poluanţi anorganici Un numar insemnat de poluanţi anorganici icircntră icircn atmosferă ca urmare a activitatii antropice Sunt adaugate icircn cantitate mare icircn atmosferă CO SO2 NO şi NO2 dar din aceste gaze icircntr-o proportie mult mai mare decacirct cele de mai sus şi mult mai daunator datorită cantitatii mari din atmosferă este CO2 Pot fi mentionati şi alti poluanţi icircn atmosferă care icircnsă au o pondere mai scăzută NH3 H2S Cl2 HCl HFPoluanţi organici Din categoria poluanţilor organic mentionam -clorofluorocarburile(freonii)CCl3F CCl2F2

-halonii(compusi cu brom CBrClF2)Freonii şi halonii sunt deosebit de periculosi deoarece contribuie masiv la distrugerea stratului de ozon din stratosfera

Cl2CF2 + hν rarr Cl +CClF2- ClrarrCl

Cl- + O3 rarrClO + O2 ClO + O rarrCl + O2

Cl- + O3 rarrClO + O2 Aceste reacţii arată că un atom de clor rezultat din fotoliza halonilor descompun mai multe molecule de ozon prin reacţii de reciclare

-substante organice diverse Hidrocarburi aromatice şi alifatce insecticide pesticide solvent etc care pot icircntră icircn compozitia smogului toxicPoluanţi biologici bacteria patogene şi virusiParticule atmosfericeParticulele din atmosferă au dimensiuni cuprinse icircntre 05mm pacircnă la dimensiuni molecular Particulele sunt forma vizibilă cea mai evidentă a poluarii atmosferei astfel aerosolii sunt particule solide sau lichidecu diameter mai mici de 100μm Particulele cu diametrul icircntre 0001 μm şi 10 μm sunt suspensii concentrate icircn apropierea surselor de poluare Particulele din

11

atmosferă se constituie ca sisteme disperse cunoscute sub urmatoarele denumiri aerosoli de diametru coloidal aerosloi de condensare de vapori aerosoli de dispersie ceaţa formată din concentrate de picaturi mici de apă fum format din arderea incomplete a combustibililor

Particulele se formează icircn atmosferă fie prin procese fizice fie prin

procese chimiceFeS2+8O2 rarrFe3O4 +6 SO2SO2+O2 + 2 H2Orarr 2H2SO4(picaturi)

H2SO4(picaturi)+ 2 NH3(gaz) rarr(NH4)2SO4 (picaturi)Particulele organice sunt formate prin arderea combustibililor şi

carburantilor icircn motoarele cu ardere internă după un mecanism complicat Din punct de vedere al poluarii cel mai important porodus poluant este hidrocarbură poliaromatică cunoscută sub denumirea PAH icircntre care benzopirenul poate fi metabolizat icircn organism icircntr-un produs cancerigen Compozitia particulelor din atmosfera poate să cuprindă produsi anorganici ca de exempluAl Fe Cu Şi C Na Cl Sb Se Zn Pb Hg cenuşa zburatoarea de termocentrala asbest particule radioactive de Radiu Po218+ Sr90 I31 P33

Efectul particulelor icircn atmosferă este divers Astfel ele pot afecta vizibilitatea icircn atmosferă pot conduce la producerea de ploi acide pot produce afectiuni respiratorii de gravitate variabilă produc degradari ale materialelor metalice şi nemetalice

142 Caracterizarea poluanţilor

Dioxidul de sulf SO2 Dioxidul de sulf este unul din cei mai important poluanţi ai atmosferei

Afectează icircn mod grav sanatatea actionand mai ales asupra cailor respiratorii Este una dicircntre sursele principale de ploi acide insa nu icircn ultimul rand cu effect de seră Sursa principală a dioxidului de sulf atmosferic sunt centralele termice care utilizează carbunele drept combustibil Se cunosc diferite procedee de eliminare a dioxidului de sulf şi a celui de carbon din combustibil inainte de combustie cacirct şi după ardere

Efecte asupra sănătăţii

Icircn funcţie de concentraţie şi perioada de expunere dioxidul de sulf are diferite efecte asupra sănătăţii umane Expunerea la o concentraţie mare de dioxid de sulf pe o perioadă scurtă de timp poate provocă dificultati respiratorii severe Sunt afectate icircn special persoanele cu astm copiii varstnicii şi persoanele cu boli cronice ale cailor respiratorii Expunerea la o concentraţie redusă de dioxid de sulf pe termen lung poate avea ca efect infectii ale tractului respirator Dioxidul de sulf poate potenta efectele

12

periculoase ale ozonului Dioxidul de sulf afectează vizibil multe specii de plante efectul negativ asupra structurii şi tesuturilor acestora fiind sesizabil cu ochiul liber Unele dicircntre cele mai sensibile plante sunt pinul legumele ghindele rosii şi negre frasinul alb lucernă murele Icircn atmosfera contribuie la acidifierea precipitatiilor cu efecte toxice asupra vegetatiei şi solului Creşterea concentraţiei de dioxid de sulf accelereaza coroziunea metalelor din cauza formarii acizilor Oxizii de sulf pot eroda piatra zidaria vopselurile fibrele hartia pielea şi componentele electrice Metode de măsurare

Metoda de referinţă pentru măsurarea dioxidului de sulf este cea prevazută icircn standardul SR EN 14212 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizata pentru măsurarea concentraţiei de dioxid de sulf prin fluorescenta icircn ultraviolet

Oxizii de azot

Oxizii de azot sunt un grup de gaze foarte reacţive care conţin azot şi oxigen icircn cantitati variabile Majoritatea oxizilor de azot sunt gaze fără culoare sau miros

Sursele de provenientă a oxizilor de azot icircn atmosferă pot fi surse naturale icircnsă mai mult de atacirct ele provin datorita actiunilor antropice precum formarea icircn procesul de combustie atunci cand combustibilii sunt arsi la temperaturi inalte dar cel mai adesea ei sunt rezultatul traficului rutier activitatilor industriale producerii energiei electrice Oxizii de azot sunt responsabili pentru formarea smogului a ploilor acide deteriorarea calitatii apei efectului de sera reducerea vizibilitatii icircn zonele urbane

Icircn atmosferă sunt intalniti icircn mod special trei tipuri de azot N2O-oxidul nitros NO- oxidul nitric NO2-dioxidul de azot

Efecte asupra sănătăţiiDioxidul de azot este cunoscut ca fiind un gaz foarte toxic atacirct pentru

oameni cacirct şi pentru animale (gradul de toxicitate al dioxidului de azot este de 4 ori mai mare decacirct cel al monoxidului de azot) Expunerea la concentraţii ridicate poate fi fatală iar la concentraţii reduse afectează tesutul pulmonarPopulaţia expusă la acest tip de poluanţi poate avea dificultati respiratorii iritaţii ale cailor respiratorii disfunctii ale plamanilor Expunerea pe termen lung la o concentraţie redusă poate distruge tesuturile pulmonare ducand la emfizem pulmonar Persoanele cele mai afectate de expunerea la acest poluant sunt copiii Expunerea la acest poluant produce vatamarea serioasă a vegetatiei prin albirea sau moartea tesuturilor plantelor reducerea ritmului de creştere a acestora Expunerea la oxizii de azot poate provocă boli pulmonare animalelor care seamană cu emfizemul pulmonal iar expunerea la dioxidul de azot poate

13

reduce imunitatea animalelor provocand boli precum pneumonia şi gripa Oxizii de azot contribuie la formarea ploilor acide şi favorizează acumularea nitratilor la nivelul solului care pot provoca alterarea echilibrului ecologic ambiental De asemenea poate provoca deteriorarea ţesaturilor şi decolorarea vopselurilor degradarea metalelor

Metode de măsurareMetoda de referinţă pentru măsurarea dioxidului de azot şi a oxizilor

de azot este cea prevazută icircn standardul SR EN 14211 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizată pentru măsurarea concentraţiei de dioxid de azot şi monoxid de azot prin chemiluminescentă

Ozonul troposferic

Gaz foarte oxidant foarte reacţiv cu miros inecacios Se concentrează icircn stratosferă şi asigură protectia impotriva radiaţiei UV daunatoare vietii Ozonul prezent la nivelul solului se comportă ca o componentă asmogului fotochimic Se formează prin intermediul unei reacţii care implică icircn particular oxizi de azot şi compusi organici volatili

Ozonul de la nivelul solului ozonul troposferic este un poluant care ne poate ingreuna respiraţia mult Se formează icircn zilele fierbinti de vară atingand cele mai periculoase nivele după-amiază şi pe inserat Iti poti proteja plamanii prin limitarea timpului petrecut icircn aer liber Masinile fabricile barcile cu motor cutiile cu vopsea şi alte produse casnice emit poluanţi Ozonul de la nivelul solului se formează cand acesti poluanţi se bdquococrdquo sub soarele fierbinte de vară Deoarece ozonul se formează din combinarea altor poluanţi el este un poluant secundar Ozonul de la nivelul solului este compus din oxizi de azot hidrocarburi şi lumina solară Oxizii de azot sunt chimicale formate din nitrogen şi oxigen Aceste chimicale rezulta icircn urma activitatii masinilor şi a altor motoare pe baza de benzină precum barcile sau masinile de tuns iarbă Hidrocarburile (compusi organici volatili) sunt formate din hidrogen şi carbon Acestea sunt produse de masini icircn principal dar şi de industriile pe bază de combustibili fosili precum carbunii Alte surse de hidrocarburi sunt vopseaua recipientele cu aerosoli barcile masinile de tuns iarbă şi acetona Lumina solară este al treilea component Razele solare provoacă amestecul oxizilor de azot şi al hidrocarburilor Cand acestea se combină formează ozonul

Efecte asupra sănătăţii

Ozonul de la nivelul solului este instabil Reacţionează chimic cu plantele cauciucul şi tesutul animal inclusiv cu cel al oamenilor De fapt copiii şi varstnicii sunt cei mai afectati Ozonul nu are culoare gust sau miros Poate că sună nepericulos dar poate irită plamanii poate afecta tesutul plamanilor poate provocă atacuri de astm sau poate inrautati atacurile Chiar şi cei care nu suferă de astm pot intampina dificultati la

14

respirat icircn zilele icircn care nivelul de ozon este ridicat Chiar dacă nu icircl vedem el există Ozonul de la nivelul solului mai poate dauna plantelor şi arborilor Unele plante ce pot fi afectate sunt soia trifoiul ceapa spacircnăcul sau lucerna Arbori precum liliacul frasinul şi pinul alb pot fi de asemenea afectati Ozonul cauzează caderea frunzelor impiedică plantele să crească foarte mari sau chiar le omoară

Concentraţia de ozon la nivelul solului provoacă iritarea traiectului respirator şi iritarea ochilor Concentraţii mari de ozon pot provoca reducerea funcţiei respiratorii Este responsabil de daune produse vegetatiei prin atrofierea unor specii de arbori din zonele urbane

Metode de măsurareMetoda de referinţă pentru măsurarea ozonului este cea prevazută icircn standardul SR EN 14625 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizată pentru măsurarea concentraţiei de ozon prin fotometrie icircn ultraviolet

Monoxidul e carbon La temperatura mediului ambiental monoxidul de carbon este un gaz incolor inodor insipid de origine atacirct naturală cacirct şi antropică Monoxidul de carbon se formează icircn principal prin arderea incompletă a combustibililor fosili Sursele naturale ale aparitiei monoxidului de carbon sunt arderea padurilor emisiile vulcanice şi descarcarile electrice Monoxidul de carbon produs din surse naturale este foarte repede dispersat pe o suprafata intinsa nepunand icircn pericol sanatatea umana Surse antropice putem mentiona se formeaza icircn principal prin arderea incompleta a combustibililor fosili Alte surse antropice producerea otelului şi a fontei rafinarea petrolului traficul rutier aerian şi feroviar Monoxidul de carbon se poate acumula la un nivel periculos icircn special icircn perioada de calm atmosferic din timpul iernii şi primaverii (acesta fiind mult mai stabil din punct de vedere chimic la temperaturi scăzute) cand arderea combustibililor fosili atinge un maxim

Efecte asupra sănătăţii

Este un gaz toxic icircn concentraţii mari fiind letal (la concentraţii de aproximativ 100 mgm3) prin reducerea capacitatii de transport a oxigenului icircn sange cu consecinţe asupra sistemului respirator şi a sistemului cardiovascularLa concentraţii relativ scăzute afecteză sistemul nervos centralslăbeşte pulsul inimii micsorand astfel volumul de sange distribuit icircn organism reduce acuitatea vizuala şi capacitatea fizica expunerea pe o perioada scurta poate cauza oboseala acuta- poate cauza dificultati respiratorii şi dureri icircn piept persoanelor cu boli cardiovasculare

15

- determina iritabilitate migrene respiraţie rapida lipsa de coordonare greata ameteala confuzie reduce capacitatea de concentrareSegmentul de populaţie cea mai afectată de expunerea la monoxid de carbon o reprezintă copiii varstnicii persoanele cu boli respiratorii şi cardiovasculare persoanele anemice fumatorii

La concentraţii monitorizate icircn mod obisnuit icircn atmosfera nu are efecte asupra plantelor animalelor sau mediului Metode de măsurare

Metoda de referinţa pentru măsurarea monoxidului de carbon este cea prevazuta icircn standardul SR EN 14626 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizata pentru măsurarea concentraţiei de monoxid de carbon prin spectroscopie icircn infrarosu nedispersiv

Benzen C6H6 Compus aromatic foarte uşor volatil şi solubil icircn apa 90 din cantitatea de benzen icircn aerul ambiental provine din traficul rutier Restul de 10 provine din evaporarea combustibilului la stocarea şi distributia acestuia

Efecte asupra sănătăţii

Substanta cancerigena incadrata icircn clasa A1 de toxicitate cunoscuta drept cancerigena pentru om Produce efecte daunatoare asupra sistemului nervos central Pulberile icircn suspensie PM10 şi PM25

Pulberile icircn suspensie reprezintă un amestec complex de particule foarte mici şi picaturi de lichid Surse natural pot fi eruptii vulcanice eroziunea rocilor furtuni de nisip şi dispersia polenului Surse antropice activitatea industriala sistemul de incalzire a populaţiei centralele termoelectrice Traficul rutier contribuie la poluarea cu pulberi produsa de pneurile masinilor atacirct la oprirea acestora cacirct şi datorita arderilor incomplete

Efecte asupra sanatatii populatiei

Dimensiunea particulelor este direct legata de potentialul de a cauza efecte O problema importanţa o reprezintă particulele cu diametrul aerodinamic mai mic de 10 micrometri care trec prin nas şi gat şi patrund icircn alveolele pulmonare provocand inflamatii şi intoxicari

16

Sunt afectate icircn special persoanele cu boli cardiovasculare şi respiratorii copiii varstnicii şi astmaticii Copiii cu varsta mai mica de 15 ani inhaleaza mai mult aer şi icircn consecinţa mai multi poluanţi Ei respira mai repede decacirct adultii şi tind să respire mai mult pe gura ocolind practic filtrul natural din nas Sunt icircn mod special vulnerabili deoarece plamanii lor nu sunt dezvoltati iar tesutul pulmonar care se dezvolta icircn copilarie este mai sensibil Poluarea cu pulberi inrautateste simptomele astmului respectiv tuse dureri icircn piept şi dificultati respiratoriiExpunerea pe termen lung la o concentraţie scăzuta de pulberi poate cauza cancer şi moartea prematura

Plumb şi alte metale toxice Pb Cd As Ni şi Hg

Metalele toxice provin din combustia carbunilor carburantilor deseurilor menajere etc şi din anumite procedee industriale Se gasesc icircn general sub forma de particule (cu exceptia mercurului care este gazos) Metalele se acumuleaza icircn organism şi provoaca efecte toxice de scurta şisau lunga durata Icircn cazul expunerii la concentraţii ridicate ele pot afecta sistemul nervos functiile renale hepatice respiratorii

Hidrocarburi Hidrocarburile aromatice polinucleare HAP sunt compusi formaţi din 4 pacircnă la 7 nuclee benzenice Acesti compusi rezulta din combustia materiilor fosile ( motoarele diesel) sub forma gazoasa sau de particule Cea mai studiata este benzo(a)pirenul Hidrocarburile aromatice polinucleare sunt cunoscute drept cancerigene pentru om

17

15 Metode de combatere a poluarii aerului

151 Controlul emisiei de particule

Desprăfuirea reprezintă procesul de icircndepărtarea particulelor din atmosfera poluata acest process fiind cel mai indepartat process icircn domeniul controlul poluarii atmosferice Desprăfuirea este procesul de separare a particulelor solide dicircntr-un current de aer sau gaze care este incarcat cu praf fum aerosoli Desprăfuirea are ca scopdesprăfuirea aerului de la utilaje locale prin absorţie inainte de a-l evacua icircn atmosfera fie de a reduce gradul de poluare al aerului cu praf fie pentru a recupera produse valoroasefie pentru uşurarea unor procese tehnologice desprăfuirea aerului exterior introdus icircn incaperi cand conţinutul de praf este este mai ridicat decacirct cel admisibil desprăfuirea gazelor de ardere prin focare şi cuptoare pentru a reduce poluarea atmosferei desprăfuirea gazelor combustibile icircn special celor folosite la masini şi locuinte Purificarea aerului prin desprăfuire se face cu ajutorul unor instalaţii de desprăfuire care se bazeaza pe procedee tehnologice de separare cele mai adecvate pentru diferite domenii granulometrice ale particulelor de praf Instalaţiile de desprăfuire se aleg ţinacircndu-se cont de marimea particulei de ce gaz trebuie purificat dispozitivele difera mult icircn complexitate eficacitate şi cost

Desprăfuirea se poate efectua fie pe cale mecanica fie prin filtrare pe cale manuala pe cale electrica prin procedee sonice

Desprăfuirea prin sedimentare Cel mai simplu procedeu de icircndepărtare a particulelor este prin sedimentare acest process avand loc icircn mod conţinuu icircn natura Sedimentarea se face prin depunerea particulelor sub influenta gravitaţiei Acest tip de separare pentru atmosferele industrial au loc icircn camerele de depunere gravitational Aceste camere ocupa spatii mari şi au capacitate redusă pentru particule sub 01μm Dimensionarea camerei se face astfel incat viteza aerului să nu depasească 03-04ms Randamentul desprăfuire la aceste cameră nu depaseste 70 restul particulelor de praf fiind captate cu alte mijloace de desrafuire

Icircndepărtarea inertială se produce atunci cand un current de gaz este centrifugat cu ajutorul unui ventilator centrifugal particulele de gaz pot fi separate pe un perete separator deoarece icircn curentul circular particular este fortata să se separe icircn afară curentului de gaz prin forte centrifugal Utilajul folosit icircn acest caz se numeste ciclon centrifugal uscat

Icircndepărtarea prin filtrare se realizaează cu ajutorul materialelor filtrante ub formă de panză textilă sau membrane din material plastic actionează prin retinerea particulelor pe suprafata lor icircn timp ce gaul purtator trece prin acest filtru Aceste filtre sunt folosite pentru a colecta praful icircn saci conţinute icircn instalaţii denumite filtu sac

Desprăfuirea pe cale umedă se bazează pe faptul că aerul inacrcat cu particule este adus icircn contact cu lichid(apa) particulele se ingreunează prin umezire apoi se aglomerează sau trec icircn lichidul de spalare iesind sub formă de namol Prin acest procedeu se retine aproape total incărcătura de

18

praf sau de particule Desprăfuirea pe cale umedă se realizează fie prin trecerea aerului prin lichide fie prin pulverizarea lichidului icircn gaz

Icircndepărtarea electrostatică sustine ipoteza că sistemele disperse de tip aerosol pot să se incarce electric Astfel icircntr-un camp electrostatic particular din aerosol este supusă unei forte F de tipul

F=Eiquestσ icircn care E=gradient de potential

σ=sarcina electrostatică de particularDin cauza incarcarii prticulei aceasta e atrasă de catre suprafata pusă la masă Din cauza efectului de descarcare corona precipitoarele electrostatic pot produce ozon care icircn cantitate mare este un gaz toxic Din acest motiv este necesar ca operarea cu aceste precipitoare să se efectueze icircn mod corespunzator

Desprăfuirea prin procedee sonice se bazează pe efctul de aglomerare produs de ciocnirea particulelor care capatao miscare de vibratie sub actiunea undelor de inaltă frecventă Particulele aglomerate se separă pricircntr-un ciclon

Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea atmosferei

Metode de combatere a poluarii

Pentru a stavili poluarea organismele statale trebuie să dispună icircn primul rand de metode de control de mare eficientă Apoi este necesară stabilirea nivelului normelor de emisie care pot fi deversate icircn aer de diversele surse de poluare şi a concenratiilor maxime admisibile de poluanţi icircn aerul localitatilor

După cum s-a stabilit la reuniunea expertilor de la Viena (1972) icircn primul rand este necesar să fie elaborate normele de igienă pentru SO2 CO

19

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

atmosferă se constituie ca sisteme disperse cunoscute sub urmatoarele denumiri aerosoli de diametru coloidal aerosloi de condensare de vapori aerosoli de dispersie ceaţa formată din concentrate de picaturi mici de apă fum format din arderea incomplete a combustibililor

Particulele se formează icircn atmosferă fie prin procese fizice fie prin

procese chimiceFeS2+8O2 rarrFe3O4 +6 SO2SO2+O2 + 2 H2Orarr 2H2SO4(picaturi)

H2SO4(picaturi)+ 2 NH3(gaz) rarr(NH4)2SO4 (picaturi)Particulele organice sunt formate prin arderea combustibililor şi

carburantilor icircn motoarele cu ardere internă după un mecanism complicat Din punct de vedere al poluarii cel mai important porodus poluant este hidrocarbură poliaromatică cunoscută sub denumirea PAH icircntre care benzopirenul poate fi metabolizat icircn organism icircntr-un produs cancerigen Compozitia particulelor din atmosfera poate să cuprindă produsi anorganici ca de exempluAl Fe Cu Şi C Na Cl Sb Se Zn Pb Hg cenuşa zburatoarea de termocentrala asbest particule radioactive de Radiu Po218+ Sr90 I31 P33

Efectul particulelor icircn atmosferă este divers Astfel ele pot afecta vizibilitatea icircn atmosferă pot conduce la producerea de ploi acide pot produce afectiuni respiratorii de gravitate variabilă produc degradari ale materialelor metalice şi nemetalice

142 Caracterizarea poluanţilor

Dioxidul de sulf SO2 Dioxidul de sulf este unul din cei mai important poluanţi ai atmosferei

Afectează icircn mod grav sanatatea actionand mai ales asupra cailor respiratorii Este una dicircntre sursele principale de ploi acide insa nu icircn ultimul rand cu effect de seră Sursa principală a dioxidului de sulf atmosferic sunt centralele termice care utilizează carbunele drept combustibil Se cunosc diferite procedee de eliminare a dioxidului de sulf şi a celui de carbon din combustibil inainte de combustie cacirct şi după ardere

Efecte asupra sănătăţii

Icircn funcţie de concentraţie şi perioada de expunere dioxidul de sulf are diferite efecte asupra sănătăţii umane Expunerea la o concentraţie mare de dioxid de sulf pe o perioadă scurtă de timp poate provocă dificultati respiratorii severe Sunt afectate icircn special persoanele cu astm copiii varstnicii şi persoanele cu boli cronice ale cailor respiratorii Expunerea la o concentraţie redusă de dioxid de sulf pe termen lung poate avea ca efect infectii ale tractului respirator Dioxidul de sulf poate potenta efectele

12

periculoase ale ozonului Dioxidul de sulf afectează vizibil multe specii de plante efectul negativ asupra structurii şi tesuturilor acestora fiind sesizabil cu ochiul liber Unele dicircntre cele mai sensibile plante sunt pinul legumele ghindele rosii şi negre frasinul alb lucernă murele Icircn atmosfera contribuie la acidifierea precipitatiilor cu efecte toxice asupra vegetatiei şi solului Creşterea concentraţiei de dioxid de sulf accelereaza coroziunea metalelor din cauza formarii acizilor Oxizii de sulf pot eroda piatra zidaria vopselurile fibrele hartia pielea şi componentele electrice Metode de măsurare

Metoda de referinţă pentru măsurarea dioxidului de sulf este cea prevazută icircn standardul SR EN 14212 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizata pentru măsurarea concentraţiei de dioxid de sulf prin fluorescenta icircn ultraviolet

Oxizii de azot

Oxizii de azot sunt un grup de gaze foarte reacţive care conţin azot şi oxigen icircn cantitati variabile Majoritatea oxizilor de azot sunt gaze fără culoare sau miros

Sursele de provenientă a oxizilor de azot icircn atmosferă pot fi surse naturale icircnsă mai mult de atacirct ele provin datorita actiunilor antropice precum formarea icircn procesul de combustie atunci cand combustibilii sunt arsi la temperaturi inalte dar cel mai adesea ei sunt rezultatul traficului rutier activitatilor industriale producerii energiei electrice Oxizii de azot sunt responsabili pentru formarea smogului a ploilor acide deteriorarea calitatii apei efectului de sera reducerea vizibilitatii icircn zonele urbane

Icircn atmosferă sunt intalniti icircn mod special trei tipuri de azot N2O-oxidul nitros NO- oxidul nitric NO2-dioxidul de azot

Efecte asupra sănătăţiiDioxidul de azot este cunoscut ca fiind un gaz foarte toxic atacirct pentru

oameni cacirct şi pentru animale (gradul de toxicitate al dioxidului de azot este de 4 ori mai mare decacirct cel al monoxidului de azot) Expunerea la concentraţii ridicate poate fi fatală iar la concentraţii reduse afectează tesutul pulmonarPopulaţia expusă la acest tip de poluanţi poate avea dificultati respiratorii iritaţii ale cailor respiratorii disfunctii ale plamanilor Expunerea pe termen lung la o concentraţie redusă poate distruge tesuturile pulmonare ducand la emfizem pulmonar Persoanele cele mai afectate de expunerea la acest poluant sunt copiii Expunerea la acest poluant produce vatamarea serioasă a vegetatiei prin albirea sau moartea tesuturilor plantelor reducerea ritmului de creştere a acestora Expunerea la oxizii de azot poate provocă boli pulmonare animalelor care seamană cu emfizemul pulmonal iar expunerea la dioxidul de azot poate

13

reduce imunitatea animalelor provocand boli precum pneumonia şi gripa Oxizii de azot contribuie la formarea ploilor acide şi favorizează acumularea nitratilor la nivelul solului care pot provoca alterarea echilibrului ecologic ambiental De asemenea poate provoca deteriorarea ţesaturilor şi decolorarea vopselurilor degradarea metalelor

Metode de măsurareMetoda de referinţă pentru măsurarea dioxidului de azot şi a oxizilor

de azot este cea prevazută icircn standardul SR EN 14211 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizată pentru măsurarea concentraţiei de dioxid de azot şi monoxid de azot prin chemiluminescentă

Ozonul troposferic

Gaz foarte oxidant foarte reacţiv cu miros inecacios Se concentrează icircn stratosferă şi asigură protectia impotriva radiaţiei UV daunatoare vietii Ozonul prezent la nivelul solului se comportă ca o componentă asmogului fotochimic Se formează prin intermediul unei reacţii care implică icircn particular oxizi de azot şi compusi organici volatili

Ozonul de la nivelul solului ozonul troposferic este un poluant care ne poate ingreuna respiraţia mult Se formează icircn zilele fierbinti de vară atingand cele mai periculoase nivele după-amiază şi pe inserat Iti poti proteja plamanii prin limitarea timpului petrecut icircn aer liber Masinile fabricile barcile cu motor cutiile cu vopsea şi alte produse casnice emit poluanţi Ozonul de la nivelul solului se formează cand acesti poluanţi se bdquococrdquo sub soarele fierbinte de vară Deoarece ozonul se formează din combinarea altor poluanţi el este un poluant secundar Ozonul de la nivelul solului este compus din oxizi de azot hidrocarburi şi lumina solară Oxizii de azot sunt chimicale formate din nitrogen şi oxigen Aceste chimicale rezulta icircn urma activitatii masinilor şi a altor motoare pe baza de benzină precum barcile sau masinile de tuns iarbă Hidrocarburile (compusi organici volatili) sunt formate din hidrogen şi carbon Acestea sunt produse de masini icircn principal dar şi de industriile pe bază de combustibili fosili precum carbunii Alte surse de hidrocarburi sunt vopseaua recipientele cu aerosoli barcile masinile de tuns iarbă şi acetona Lumina solară este al treilea component Razele solare provoacă amestecul oxizilor de azot şi al hidrocarburilor Cand acestea se combină formează ozonul

Efecte asupra sănătăţii

Ozonul de la nivelul solului este instabil Reacţionează chimic cu plantele cauciucul şi tesutul animal inclusiv cu cel al oamenilor De fapt copiii şi varstnicii sunt cei mai afectati Ozonul nu are culoare gust sau miros Poate că sună nepericulos dar poate irită plamanii poate afecta tesutul plamanilor poate provocă atacuri de astm sau poate inrautati atacurile Chiar şi cei care nu suferă de astm pot intampina dificultati la

14

respirat icircn zilele icircn care nivelul de ozon este ridicat Chiar dacă nu icircl vedem el există Ozonul de la nivelul solului mai poate dauna plantelor şi arborilor Unele plante ce pot fi afectate sunt soia trifoiul ceapa spacircnăcul sau lucerna Arbori precum liliacul frasinul şi pinul alb pot fi de asemenea afectati Ozonul cauzează caderea frunzelor impiedică plantele să crească foarte mari sau chiar le omoară

Concentraţia de ozon la nivelul solului provoacă iritarea traiectului respirator şi iritarea ochilor Concentraţii mari de ozon pot provoca reducerea funcţiei respiratorii Este responsabil de daune produse vegetatiei prin atrofierea unor specii de arbori din zonele urbane

Metode de măsurareMetoda de referinţă pentru măsurarea ozonului este cea prevazută icircn standardul SR EN 14625 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizată pentru măsurarea concentraţiei de ozon prin fotometrie icircn ultraviolet

Monoxidul e carbon La temperatura mediului ambiental monoxidul de carbon este un gaz incolor inodor insipid de origine atacirct naturală cacirct şi antropică Monoxidul de carbon se formează icircn principal prin arderea incompletă a combustibililor fosili Sursele naturale ale aparitiei monoxidului de carbon sunt arderea padurilor emisiile vulcanice şi descarcarile electrice Monoxidul de carbon produs din surse naturale este foarte repede dispersat pe o suprafata intinsa nepunand icircn pericol sanatatea umana Surse antropice putem mentiona se formeaza icircn principal prin arderea incompleta a combustibililor fosili Alte surse antropice producerea otelului şi a fontei rafinarea petrolului traficul rutier aerian şi feroviar Monoxidul de carbon se poate acumula la un nivel periculos icircn special icircn perioada de calm atmosferic din timpul iernii şi primaverii (acesta fiind mult mai stabil din punct de vedere chimic la temperaturi scăzute) cand arderea combustibililor fosili atinge un maxim

Efecte asupra sănătăţii

Este un gaz toxic icircn concentraţii mari fiind letal (la concentraţii de aproximativ 100 mgm3) prin reducerea capacitatii de transport a oxigenului icircn sange cu consecinţe asupra sistemului respirator şi a sistemului cardiovascularLa concentraţii relativ scăzute afecteză sistemul nervos centralslăbeşte pulsul inimii micsorand astfel volumul de sange distribuit icircn organism reduce acuitatea vizuala şi capacitatea fizica expunerea pe o perioada scurta poate cauza oboseala acuta- poate cauza dificultati respiratorii şi dureri icircn piept persoanelor cu boli cardiovasculare

15

- determina iritabilitate migrene respiraţie rapida lipsa de coordonare greata ameteala confuzie reduce capacitatea de concentrareSegmentul de populaţie cea mai afectată de expunerea la monoxid de carbon o reprezintă copiii varstnicii persoanele cu boli respiratorii şi cardiovasculare persoanele anemice fumatorii

La concentraţii monitorizate icircn mod obisnuit icircn atmosfera nu are efecte asupra plantelor animalelor sau mediului Metode de măsurare

Metoda de referinţa pentru măsurarea monoxidului de carbon este cea prevazuta icircn standardul SR EN 14626 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizata pentru măsurarea concentraţiei de monoxid de carbon prin spectroscopie icircn infrarosu nedispersiv

Benzen C6H6 Compus aromatic foarte uşor volatil şi solubil icircn apa 90 din cantitatea de benzen icircn aerul ambiental provine din traficul rutier Restul de 10 provine din evaporarea combustibilului la stocarea şi distributia acestuia

Efecte asupra sănătăţii

Substanta cancerigena incadrata icircn clasa A1 de toxicitate cunoscuta drept cancerigena pentru om Produce efecte daunatoare asupra sistemului nervos central Pulberile icircn suspensie PM10 şi PM25

Pulberile icircn suspensie reprezintă un amestec complex de particule foarte mici şi picaturi de lichid Surse natural pot fi eruptii vulcanice eroziunea rocilor furtuni de nisip şi dispersia polenului Surse antropice activitatea industriala sistemul de incalzire a populaţiei centralele termoelectrice Traficul rutier contribuie la poluarea cu pulberi produsa de pneurile masinilor atacirct la oprirea acestora cacirct şi datorita arderilor incomplete

Efecte asupra sanatatii populatiei

Dimensiunea particulelor este direct legata de potentialul de a cauza efecte O problema importanţa o reprezintă particulele cu diametrul aerodinamic mai mic de 10 micrometri care trec prin nas şi gat şi patrund icircn alveolele pulmonare provocand inflamatii şi intoxicari

16

Sunt afectate icircn special persoanele cu boli cardiovasculare şi respiratorii copiii varstnicii şi astmaticii Copiii cu varsta mai mica de 15 ani inhaleaza mai mult aer şi icircn consecinţa mai multi poluanţi Ei respira mai repede decacirct adultii şi tind să respire mai mult pe gura ocolind practic filtrul natural din nas Sunt icircn mod special vulnerabili deoarece plamanii lor nu sunt dezvoltati iar tesutul pulmonar care se dezvolta icircn copilarie este mai sensibil Poluarea cu pulberi inrautateste simptomele astmului respectiv tuse dureri icircn piept şi dificultati respiratoriiExpunerea pe termen lung la o concentraţie scăzuta de pulberi poate cauza cancer şi moartea prematura

Plumb şi alte metale toxice Pb Cd As Ni şi Hg

Metalele toxice provin din combustia carbunilor carburantilor deseurilor menajere etc şi din anumite procedee industriale Se gasesc icircn general sub forma de particule (cu exceptia mercurului care este gazos) Metalele se acumuleaza icircn organism şi provoaca efecte toxice de scurta şisau lunga durata Icircn cazul expunerii la concentraţii ridicate ele pot afecta sistemul nervos functiile renale hepatice respiratorii

Hidrocarburi Hidrocarburile aromatice polinucleare HAP sunt compusi formaţi din 4 pacircnă la 7 nuclee benzenice Acesti compusi rezulta din combustia materiilor fosile ( motoarele diesel) sub forma gazoasa sau de particule Cea mai studiata este benzo(a)pirenul Hidrocarburile aromatice polinucleare sunt cunoscute drept cancerigene pentru om

17

15 Metode de combatere a poluarii aerului

151 Controlul emisiei de particule

Desprăfuirea reprezintă procesul de icircndepărtarea particulelor din atmosfera poluata acest process fiind cel mai indepartat process icircn domeniul controlul poluarii atmosferice Desprăfuirea este procesul de separare a particulelor solide dicircntr-un current de aer sau gaze care este incarcat cu praf fum aerosoli Desprăfuirea are ca scopdesprăfuirea aerului de la utilaje locale prin absorţie inainte de a-l evacua icircn atmosfera fie de a reduce gradul de poluare al aerului cu praf fie pentru a recupera produse valoroasefie pentru uşurarea unor procese tehnologice desprăfuirea aerului exterior introdus icircn incaperi cand conţinutul de praf este este mai ridicat decacirct cel admisibil desprăfuirea gazelor de ardere prin focare şi cuptoare pentru a reduce poluarea atmosferei desprăfuirea gazelor combustibile icircn special celor folosite la masini şi locuinte Purificarea aerului prin desprăfuire se face cu ajutorul unor instalaţii de desprăfuire care se bazeaza pe procedee tehnologice de separare cele mai adecvate pentru diferite domenii granulometrice ale particulelor de praf Instalaţiile de desprăfuire se aleg ţinacircndu-se cont de marimea particulei de ce gaz trebuie purificat dispozitivele difera mult icircn complexitate eficacitate şi cost

Desprăfuirea se poate efectua fie pe cale mecanica fie prin filtrare pe cale manuala pe cale electrica prin procedee sonice

Desprăfuirea prin sedimentare Cel mai simplu procedeu de icircndepărtare a particulelor este prin sedimentare acest process avand loc icircn mod conţinuu icircn natura Sedimentarea se face prin depunerea particulelor sub influenta gravitaţiei Acest tip de separare pentru atmosferele industrial au loc icircn camerele de depunere gravitational Aceste camere ocupa spatii mari şi au capacitate redusă pentru particule sub 01μm Dimensionarea camerei se face astfel incat viteza aerului să nu depasească 03-04ms Randamentul desprăfuire la aceste cameră nu depaseste 70 restul particulelor de praf fiind captate cu alte mijloace de desrafuire

Icircndepărtarea inertială se produce atunci cand un current de gaz este centrifugat cu ajutorul unui ventilator centrifugal particulele de gaz pot fi separate pe un perete separator deoarece icircn curentul circular particular este fortata să se separe icircn afară curentului de gaz prin forte centrifugal Utilajul folosit icircn acest caz se numeste ciclon centrifugal uscat

Icircndepărtarea prin filtrare se realizaează cu ajutorul materialelor filtrante ub formă de panză textilă sau membrane din material plastic actionează prin retinerea particulelor pe suprafata lor icircn timp ce gaul purtator trece prin acest filtru Aceste filtre sunt folosite pentru a colecta praful icircn saci conţinute icircn instalaţii denumite filtu sac

Desprăfuirea pe cale umedă se bazează pe faptul că aerul inacrcat cu particule este adus icircn contact cu lichid(apa) particulele se ingreunează prin umezire apoi se aglomerează sau trec icircn lichidul de spalare iesind sub formă de namol Prin acest procedeu se retine aproape total incărcătura de

18

praf sau de particule Desprăfuirea pe cale umedă se realizează fie prin trecerea aerului prin lichide fie prin pulverizarea lichidului icircn gaz

Icircndepărtarea electrostatică sustine ipoteza că sistemele disperse de tip aerosol pot să se incarce electric Astfel icircntr-un camp electrostatic particular din aerosol este supusă unei forte F de tipul

F=Eiquestσ icircn care E=gradient de potential

σ=sarcina electrostatică de particularDin cauza incarcarii prticulei aceasta e atrasă de catre suprafata pusă la masă Din cauza efectului de descarcare corona precipitoarele electrostatic pot produce ozon care icircn cantitate mare este un gaz toxic Din acest motiv este necesar ca operarea cu aceste precipitoare să se efectueze icircn mod corespunzator

Desprăfuirea prin procedee sonice se bazează pe efctul de aglomerare produs de ciocnirea particulelor care capatao miscare de vibratie sub actiunea undelor de inaltă frecventă Particulele aglomerate se separă pricircntr-un ciclon

Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea atmosferei

Metode de combatere a poluarii

Pentru a stavili poluarea organismele statale trebuie să dispună icircn primul rand de metode de control de mare eficientă Apoi este necesară stabilirea nivelului normelor de emisie care pot fi deversate icircn aer de diversele surse de poluare şi a concenratiilor maxime admisibile de poluanţi icircn aerul localitatilor

După cum s-a stabilit la reuniunea expertilor de la Viena (1972) icircn primul rand este necesar să fie elaborate normele de igienă pentru SO2 CO

19

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

periculoase ale ozonului Dioxidul de sulf afectează vizibil multe specii de plante efectul negativ asupra structurii şi tesuturilor acestora fiind sesizabil cu ochiul liber Unele dicircntre cele mai sensibile plante sunt pinul legumele ghindele rosii şi negre frasinul alb lucernă murele Icircn atmosfera contribuie la acidifierea precipitatiilor cu efecte toxice asupra vegetatiei şi solului Creşterea concentraţiei de dioxid de sulf accelereaza coroziunea metalelor din cauza formarii acizilor Oxizii de sulf pot eroda piatra zidaria vopselurile fibrele hartia pielea şi componentele electrice Metode de măsurare

Metoda de referinţă pentru măsurarea dioxidului de sulf este cea prevazută icircn standardul SR EN 14212 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizata pentru măsurarea concentraţiei de dioxid de sulf prin fluorescenta icircn ultraviolet

Oxizii de azot

Oxizii de azot sunt un grup de gaze foarte reacţive care conţin azot şi oxigen icircn cantitati variabile Majoritatea oxizilor de azot sunt gaze fără culoare sau miros

Sursele de provenientă a oxizilor de azot icircn atmosferă pot fi surse naturale icircnsă mai mult de atacirct ele provin datorita actiunilor antropice precum formarea icircn procesul de combustie atunci cand combustibilii sunt arsi la temperaturi inalte dar cel mai adesea ei sunt rezultatul traficului rutier activitatilor industriale producerii energiei electrice Oxizii de azot sunt responsabili pentru formarea smogului a ploilor acide deteriorarea calitatii apei efectului de sera reducerea vizibilitatii icircn zonele urbane

Icircn atmosferă sunt intalniti icircn mod special trei tipuri de azot N2O-oxidul nitros NO- oxidul nitric NO2-dioxidul de azot

Efecte asupra sănătăţiiDioxidul de azot este cunoscut ca fiind un gaz foarte toxic atacirct pentru

oameni cacirct şi pentru animale (gradul de toxicitate al dioxidului de azot este de 4 ori mai mare decacirct cel al monoxidului de azot) Expunerea la concentraţii ridicate poate fi fatală iar la concentraţii reduse afectează tesutul pulmonarPopulaţia expusă la acest tip de poluanţi poate avea dificultati respiratorii iritaţii ale cailor respiratorii disfunctii ale plamanilor Expunerea pe termen lung la o concentraţie redusă poate distruge tesuturile pulmonare ducand la emfizem pulmonar Persoanele cele mai afectate de expunerea la acest poluant sunt copiii Expunerea la acest poluant produce vatamarea serioasă a vegetatiei prin albirea sau moartea tesuturilor plantelor reducerea ritmului de creştere a acestora Expunerea la oxizii de azot poate provocă boli pulmonare animalelor care seamană cu emfizemul pulmonal iar expunerea la dioxidul de azot poate

13

reduce imunitatea animalelor provocand boli precum pneumonia şi gripa Oxizii de azot contribuie la formarea ploilor acide şi favorizează acumularea nitratilor la nivelul solului care pot provoca alterarea echilibrului ecologic ambiental De asemenea poate provoca deteriorarea ţesaturilor şi decolorarea vopselurilor degradarea metalelor

Metode de măsurareMetoda de referinţă pentru măsurarea dioxidului de azot şi a oxizilor

de azot este cea prevazută icircn standardul SR EN 14211 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizată pentru măsurarea concentraţiei de dioxid de azot şi monoxid de azot prin chemiluminescentă

Ozonul troposferic

Gaz foarte oxidant foarte reacţiv cu miros inecacios Se concentrează icircn stratosferă şi asigură protectia impotriva radiaţiei UV daunatoare vietii Ozonul prezent la nivelul solului se comportă ca o componentă asmogului fotochimic Se formează prin intermediul unei reacţii care implică icircn particular oxizi de azot şi compusi organici volatili

Ozonul de la nivelul solului ozonul troposferic este un poluant care ne poate ingreuna respiraţia mult Se formează icircn zilele fierbinti de vară atingand cele mai periculoase nivele după-amiază şi pe inserat Iti poti proteja plamanii prin limitarea timpului petrecut icircn aer liber Masinile fabricile barcile cu motor cutiile cu vopsea şi alte produse casnice emit poluanţi Ozonul de la nivelul solului se formează cand acesti poluanţi se bdquococrdquo sub soarele fierbinte de vară Deoarece ozonul se formează din combinarea altor poluanţi el este un poluant secundar Ozonul de la nivelul solului este compus din oxizi de azot hidrocarburi şi lumina solară Oxizii de azot sunt chimicale formate din nitrogen şi oxigen Aceste chimicale rezulta icircn urma activitatii masinilor şi a altor motoare pe baza de benzină precum barcile sau masinile de tuns iarbă Hidrocarburile (compusi organici volatili) sunt formate din hidrogen şi carbon Acestea sunt produse de masini icircn principal dar şi de industriile pe bază de combustibili fosili precum carbunii Alte surse de hidrocarburi sunt vopseaua recipientele cu aerosoli barcile masinile de tuns iarbă şi acetona Lumina solară este al treilea component Razele solare provoacă amestecul oxizilor de azot şi al hidrocarburilor Cand acestea se combină formează ozonul

Efecte asupra sănătăţii

Ozonul de la nivelul solului este instabil Reacţionează chimic cu plantele cauciucul şi tesutul animal inclusiv cu cel al oamenilor De fapt copiii şi varstnicii sunt cei mai afectati Ozonul nu are culoare gust sau miros Poate că sună nepericulos dar poate irită plamanii poate afecta tesutul plamanilor poate provocă atacuri de astm sau poate inrautati atacurile Chiar şi cei care nu suferă de astm pot intampina dificultati la

14

respirat icircn zilele icircn care nivelul de ozon este ridicat Chiar dacă nu icircl vedem el există Ozonul de la nivelul solului mai poate dauna plantelor şi arborilor Unele plante ce pot fi afectate sunt soia trifoiul ceapa spacircnăcul sau lucerna Arbori precum liliacul frasinul şi pinul alb pot fi de asemenea afectati Ozonul cauzează caderea frunzelor impiedică plantele să crească foarte mari sau chiar le omoară

Concentraţia de ozon la nivelul solului provoacă iritarea traiectului respirator şi iritarea ochilor Concentraţii mari de ozon pot provoca reducerea funcţiei respiratorii Este responsabil de daune produse vegetatiei prin atrofierea unor specii de arbori din zonele urbane

Metode de măsurareMetoda de referinţă pentru măsurarea ozonului este cea prevazută icircn standardul SR EN 14625 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizată pentru măsurarea concentraţiei de ozon prin fotometrie icircn ultraviolet

Monoxidul e carbon La temperatura mediului ambiental monoxidul de carbon este un gaz incolor inodor insipid de origine atacirct naturală cacirct şi antropică Monoxidul de carbon se formează icircn principal prin arderea incompletă a combustibililor fosili Sursele naturale ale aparitiei monoxidului de carbon sunt arderea padurilor emisiile vulcanice şi descarcarile electrice Monoxidul de carbon produs din surse naturale este foarte repede dispersat pe o suprafata intinsa nepunand icircn pericol sanatatea umana Surse antropice putem mentiona se formeaza icircn principal prin arderea incompleta a combustibililor fosili Alte surse antropice producerea otelului şi a fontei rafinarea petrolului traficul rutier aerian şi feroviar Monoxidul de carbon se poate acumula la un nivel periculos icircn special icircn perioada de calm atmosferic din timpul iernii şi primaverii (acesta fiind mult mai stabil din punct de vedere chimic la temperaturi scăzute) cand arderea combustibililor fosili atinge un maxim

Efecte asupra sănătăţii

Este un gaz toxic icircn concentraţii mari fiind letal (la concentraţii de aproximativ 100 mgm3) prin reducerea capacitatii de transport a oxigenului icircn sange cu consecinţe asupra sistemului respirator şi a sistemului cardiovascularLa concentraţii relativ scăzute afecteză sistemul nervos centralslăbeşte pulsul inimii micsorand astfel volumul de sange distribuit icircn organism reduce acuitatea vizuala şi capacitatea fizica expunerea pe o perioada scurta poate cauza oboseala acuta- poate cauza dificultati respiratorii şi dureri icircn piept persoanelor cu boli cardiovasculare

15

- determina iritabilitate migrene respiraţie rapida lipsa de coordonare greata ameteala confuzie reduce capacitatea de concentrareSegmentul de populaţie cea mai afectată de expunerea la monoxid de carbon o reprezintă copiii varstnicii persoanele cu boli respiratorii şi cardiovasculare persoanele anemice fumatorii

La concentraţii monitorizate icircn mod obisnuit icircn atmosfera nu are efecte asupra plantelor animalelor sau mediului Metode de măsurare

Metoda de referinţa pentru măsurarea monoxidului de carbon este cea prevazuta icircn standardul SR EN 14626 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizata pentru măsurarea concentraţiei de monoxid de carbon prin spectroscopie icircn infrarosu nedispersiv

Benzen C6H6 Compus aromatic foarte uşor volatil şi solubil icircn apa 90 din cantitatea de benzen icircn aerul ambiental provine din traficul rutier Restul de 10 provine din evaporarea combustibilului la stocarea şi distributia acestuia

Efecte asupra sănătăţii

Substanta cancerigena incadrata icircn clasa A1 de toxicitate cunoscuta drept cancerigena pentru om Produce efecte daunatoare asupra sistemului nervos central Pulberile icircn suspensie PM10 şi PM25

Pulberile icircn suspensie reprezintă un amestec complex de particule foarte mici şi picaturi de lichid Surse natural pot fi eruptii vulcanice eroziunea rocilor furtuni de nisip şi dispersia polenului Surse antropice activitatea industriala sistemul de incalzire a populaţiei centralele termoelectrice Traficul rutier contribuie la poluarea cu pulberi produsa de pneurile masinilor atacirct la oprirea acestora cacirct şi datorita arderilor incomplete

Efecte asupra sanatatii populatiei

Dimensiunea particulelor este direct legata de potentialul de a cauza efecte O problema importanţa o reprezintă particulele cu diametrul aerodinamic mai mic de 10 micrometri care trec prin nas şi gat şi patrund icircn alveolele pulmonare provocand inflamatii şi intoxicari

16

Sunt afectate icircn special persoanele cu boli cardiovasculare şi respiratorii copiii varstnicii şi astmaticii Copiii cu varsta mai mica de 15 ani inhaleaza mai mult aer şi icircn consecinţa mai multi poluanţi Ei respira mai repede decacirct adultii şi tind să respire mai mult pe gura ocolind practic filtrul natural din nas Sunt icircn mod special vulnerabili deoarece plamanii lor nu sunt dezvoltati iar tesutul pulmonar care se dezvolta icircn copilarie este mai sensibil Poluarea cu pulberi inrautateste simptomele astmului respectiv tuse dureri icircn piept şi dificultati respiratoriiExpunerea pe termen lung la o concentraţie scăzuta de pulberi poate cauza cancer şi moartea prematura

Plumb şi alte metale toxice Pb Cd As Ni şi Hg

Metalele toxice provin din combustia carbunilor carburantilor deseurilor menajere etc şi din anumite procedee industriale Se gasesc icircn general sub forma de particule (cu exceptia mercurului care este gazos) Metalele se acumuleaza icircn organism şi provoaca efecte toxice de scurta şisau lunga durata Icircn cazul expunerii la concentraţii ridicate ele pot afecta sistemul nervos functiile renale hepatice respiratorii

Hidrocarburi Hidrocarburile aromatice polinucleare HAP sunt compusi formaţi din 4 pacircnă la 7 nuclee benzenice Acesti compusi rezulta din combustia materiilor fosile ( motoarele diesel) sub forma gazoasa sau de particule Cea mai studiata este benzo(a)pirenul Hidrocarburile aromatice polinucleare sunt cunoscute drept cancerigene pentru om

17

15 Metode de combatere a poluarii aerului

151 Controlul emisiei de particule

Desprăfuirea reprezintă procesul de icircndepărtarea particulelor din atmosfera poluata acest process fiind cel mai indepartat process icircn domeniul controlul poluarii atmosferice Desprăfuirea este procesul de separare a particulelor solide dicircntr-un current de aer sau gaze care este incarcat cu praf fum aerosoli Desprăfuirea are ca scopdesprăfuirea aerului de la utilaje locale prin absorţie inainte de a-l evacua icircn atmosfera fie de a reduce gradul de poluare al aerului cu praf fie pentru a recupera produse valoroasefie pentru uşurarea unor procese tehnologice desprăfuirea aerului exterior introdus icircn incaperi cand conţinutul de praf este este mai ridicat decacirct cel admisibil desprăfuirea gazelor de ardere prin focare şi cuptoare pentru a reduce poluarea atmosferei desprăfuirea gazelor combustibile icircn special celor folosite la masini şi locuinte Purificarea aerului prin desprăfuire se face cu ajutorul unor instalaţii de desprăfuire care se bazeaza pe procedee tehnologice de separare cele mai adecvate pentru diferite domenii granulometrice ale particulelor de praf Instalaţiile de desprăfuire se aleg ţinacircndu-se cont de marimea particulei de ce gaz trebuie purificat dispozitivele difera mult icircn complexitate eficacitate şi cost

Desprăfuirea se poate efectua fie pe cale mecanica fie prin filtrare pe cale manuala pe cale electrica prin procedee sonice

Desprăfuirea prin sedimentare Cel mai simplu procedeu de icircndepărtare a particulelor este prin sedimentare acest process avand loc icircn mod conţinuu icircn natura Sedimentarea se face prin depunerea particulelor sub influenta gravitaţiei Acest tip de separare pentru atmosferele industrial au loc icircn camerele de depunere gravitational Aceste camere ocupa spatii mari şi au capacitate redusă pentru particule sub 01μm Dimensionarea camerei se face astfel incat viteza aerului să nu depasească 03-04ms Randamentul desprăfuire la aceste cameră nu depaseste 70 restul particulelor de praf fiind captate cu alte mijloace de desrafuire

Icircndepărtarea inertială se produce atunci cand un current de gaz este centrifugat cu ajutorul unui ventilator centrifugal particulele de gaz pot fi separate pe un perete separator deoarece icircn curentul circular particular este fortata să se separe icircn afară curentului de gaz prin forte centrifugal Utilajul folosit icircn acest caz se numeste ciclon centrifugal uscat

Icircndepărtarea prin filtrare se realizaează cu ajutorul materialelor filtrante ub formă de panză textilă sau membrane din material plastic actionează prin retinerea particulelor pe suprafata lor icircn timp ce gaul purtator trece prin acest filtru Aceste filtre sunt folosite pentru a colecta praful icircn saci conţinute icircn instalaţii denumite filtu sac

Desprăfuirea pe cale umedă se bazează pe faptul că aerul inacrcat cu particule este adus icircn contact cu lichid(apa) particulele se ingreunează prin umezire apoi se aglomerează sau trec icircn lichidul de spalare iesind sub formă de namol Prin acest procedeu se retine aproape total incărcătura de

18

praf sau de particule Desprăfuirea pe cale umedă se realizează fie prin trecerea aerului prin lichide fie prin pulverizarea lichidului icircn gaz

Icircndepărtarea electrostatică sustine ipoteza că sistemele disperse de tip aerosol pot să se incarce electric Astfel icircntr-un camp electrostatic particular din aerosol este supusă unei forte F de tipul

F=Eiquestσ icircn care E=gradient de potential

σ=sarcina electrostatică de particularDin cauza incarcarii prticulei aceasta e atrasă de catre suprafata pusă la masă Din cauza efectului de descarcare corona precipitoarele electrostatic pot produce ozon care icircn cantitate mare este un gaz toxic Din acest motiv este necesar ca operarea cu aceste precipitoare să se efectueze icircn mod corespunzator

Desprăfuirea prin procedee sonice se bazează pe efctul de aglomerare produs de ciocnirea particulelor care capatao miscare de vibratie sub actiunea undelor de inaltă frecventă Particulele aglomerate se separă pricircntr-un ciclon

Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea atmosferei

Metode de combatere a poluarii

Pentru a stavili poluarea organismele statale trebuie să dispună icircn primul rand de metode de control de mare eficientă Apoi este necesară stabilirea nivelului normelor de emisie care pot fi deversate icircn aer de diversele surse de poluare şi a concenratiilor maxime admisibile de poluanţi icircn aerul localitatilor

După cum s-a stabilit la reuniunea expertilor de la Viena (1972) icircn primul rand este necesar să fie elaborate normele de igienă pentru SO2 CO

19

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

reduce imunitatea animalelor provocand boli precum pneumonia şi gripa Oxizii de azot contribuie la formarea ploilor acide şi favorizează acumularea nitratilor la nivelul solului care pot provoca alterarea echilibrului ecologic ambiental De asemenea poate provoca deteriorarea ţesaturilor şi decolorarea vopselurilor degradarea metalelor

Metode de măsurareMetoda de referinţă pentru măsurarea dioxidului de azot şi a oxizilor

de azot este cea prevazută icircn standardul SR EN 14211 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizată pentru măsurarea concentraţiei de dioxid de azot şi monoxid de azot prin chemiluminescentă

Ozonul troposferic

Gaz foarte oxidant foarte reacţiv cu miros inecacios Se concentrează icircn stratosferă şi asigură protectia impotriva radiaţiei UV daunatoare vietii Ozonul prezent la nivelul solului se comportă ca o componentă asmogului fotochimic Se formează prin intermediul unei reacţii care implică icircn particular oxizi de azot şi compusi organici volatili

Ozonul de la nivelul solului ozonul troposferic este un poluant care ne poate ingreuna respiraţia mult Se formează icircn zilele fierbinti de vară atingand cele mai periculoase nivele după-amiază şi pe inserat Iti poti proteja plamanii prin limitarea timpului petrecut icircn aer liber Masinile fabricile barcile cu motor cutiile cu vopsea şi alte produse casnice emit poluanţi Ozonul de la nivelul solului se formează cand acesti poluanţi se bdquococrdquo sub soarele fierbinte de vară Deoarece ozonul se formează din combinarea altor poluanţi el este un poluant secundar Ozonul de la nivelul solului este compus din oxizi de azot hidrocarburi şi lumina solară Oxizii de azot sunt chimicale formate din nitrogen şi oxigen Aceste chimicale rezulta icircn urma activitatii masinilor şi a altor motoare pe baza de benzină precum barcile sau masinile de tuns iarbă Hidrocarburile (compusi organici volatili) sunt formate din hidrogen şi carbon Acestea sunt produse de masini icircn principal dar şi de industriile pe bază de combustibili fosili precum carbunii Alte surse de hidrocarburi sunt vopseaua recipientele cu aerosoli barcile masinile de tuns iarbă şi acetona Lumina solară este al treilea component Razele solare provoacă amestecul oxizilor de azot şi al hidrocarburilor Cand acestea se combină formează ozonul

Efecte asupra sănătăţii

Ozonul de la nivelul solului este instabil Reacţionează chimic cu plantele cauciucul şi tesutul animal inclusiv cu cel al oamenilor De fapt copiii şi varstnicii sunt cei mai afectati Ozonul nu are culoare gust sau miros Poate că sună nepericulos dar poate irită plamanii poate afecta tesutul plamanilor poate provocă atacuri de astm sau poate inrautati atacurile Chiar şi cei care nu suferă de astm pot intampina dificultati la

14

respirat icircn zilele icircn care nivelul de ozon este ridicat Chiar dacă nu icircl vedem el există Ozonul de la nivelul solului mai poate dauna plantelor şi arborilor Unele plante ce pot fi afectate sunt soia trifoiul ceapa spacircnăcul sau lucerna Arbori precum liliacul frasinul şi pinul alb pot fi de asemenea afectati Ozonul cauzează caderea frunzelor impiedică plantele să crească foarte mari sau chiar le omoară

Concentraţia de ozon la nivelul solului provoacă iritarea traiectului respirator şi iritarea ochilor Concentraţii mari de ozon pot provoca reducerea funcţiei respiratorii Este responsabil de daune produse vegetatiei prin atrofierea unor specii de arbori din zonele urbane

Metode de măsurareMetoda de referinţă pentru măsurarea ozonului este cea prevazută icircn standardul SR EN 14625 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizată pentru măsurarea concentraţiei de ozon prin fotometrie icircn ultraviolet

Monoxidul e carbon La temperatura mediului ambiental monoxidul de carbon este un gaz incolor inodor insipid de origine atacirct naturală cacirct şi antropică Monoxidul de carbon se formează icircn principal prin arderea incompletă a combustibililor fosili Sursele naturale ale aparitiei monoxidului de carbon sunt arderea padurilor emisiile vulcanice şi descarcarile electrice Monoxidul de carbon produs din surse naturale este foarte repede dispersat pe o suprafata intinsa nepunand icircn pericol sanatatea umana Surse antropice putem mentiona se formeaza icircn principal prin arderea incompleta a combustibililor fosili Alte surse antropice producerea otelului şi a fontei rafinarea petrolului traficul rutier aerian şi feroviar Monoxidul de carbon se poate acumula la un nivel periculos icircn special icircn perioada de calm atmosferic din timpul iernii şi primaverii (acesta fiind mult mai stabil din punct de vedere chimic la temperaturi scăzute) cand arderea combustibililor fosili atinge un maxim

Efecte asupra sănătăţii

Este un gaz toxic icircn concentraţii mari fiind letal (la concentraţii de aproximativ 100 mgm3) prin reducerea capacitatii de transport a oxigenului icircn sange cu consecinţe asupra sistemului respirator şi a sistemului cardiovascularLa concentraţii relativ scăzute afecteză sistemul nervos centralslăbeşte pulsul inimii micsorand astfel volumul de sange distribuit icircn organism reduce acuitatea vizuala şi capacitatea fizica expunerea pe o perioada scurta poate cauza oboseala acuta- poate cauza dificultati respiratorii şi dureri icircn piept persoanelor cu boli cardiovasculare

15

- determina iritabilitate migrene respiraţie rapida lipsa de coordonare greata ameteala confuzie reduce capacitatea de concentrareSegmentul de populaţie cea mai afectată de expunerea la monoxid de carbon o reprezintă copiii varstnicii persoanele cu boli respiratorii şi cardiovasculare persoanele anemice fumatorii

La concentraţii monitorizate icircn mod obisnuit icircn atmosfera nu are efecte asupra plantelor animalelor sau mediului Metode de măsurare

Metoda de referinţa pentru măsurarea monoxidului de carbon este cea prevazuta icircn standardul SR EN 14626 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizata pentru măsurarea concentraţiei de monoxid de carbon prin spectroscopie icircn infrarosu nedispersiv

Benzen C6H6 Compus aromatic foarte uşor volatil şi solubil icircn apa 90 din cantitatea de benzen icircn aerul ambiental provine din traficul rutier Restul de 10 provine din evaporarea combustibilului la stocarea şi distributia acestuia

Efecte asupra sănătăţii

Substanta cancerigena incadrata icircn clasa A1 de toxicitate cunoscuta drept cancerigena pentru om Produce efecte daunatoare asupra sistemului nervos central Pulberile icircn suspensie PM10 şi PM25

Pulberile icircn suspensie reprezintă un amestec complex de particule foarte mici şi picaturi de lichid Surse natural pot fi eruptii vulcanice eroziunea rocilor furtuni de nisip şi dispersia polenului Surse antropice activitatea industriala sistemul de incalzire a populaţiei centralele termoelectrice Traficul rutier contribuie la poluarea cu pulberi produsa de pneurile masinilor atacirct la oprirea acestora cacirct şi datorita arderilor incomplete

Efecte asupra sanatatii populatiei

Dimensiunea particulelor este direct legata de potentialul de a cauza efecte O problema importanţa o reprezintă particulele cu diametrul aerodinamic mai mic de 10 micrometri care trec prin nas şi gat şi patrund icircn alveolele pulmonare provocand inflamatii şi intoxicari

16

Sunt afectate icircn special persoanele cu boli cardiovasculare şi respiratorii copiii varstnicii şi astmaticii Copiii cu varsta mai mica de 15 ani inhaleaza mai mult aer şi icircn consecinţa mai multi poluanţi Ei respira mai repede decacirct adultii şi tind să respire mai mult pe gura ocolind practic filtrul natural din nas Sunt icircn mod special vulnerabili deoarece plamanii lor nu sunt dezvoltati iar tesutul pulmonar care se dezvolta icircn copilarie este mai sensibil Poluarea cu pulberi inrautateste simptomele astmului respectiv tuse dureri icircn piept şi dificultati respiratoriiExpunerea pe termen lung la o concentraţie scăzuta de pulberi poate cauza cancer şi moartea prematura

Plumb şi alte metale toxice Pb Cd As Ni şi Hg

Metalele toxice provin din combustia carbunilor carburantilor deseurilor menajere etc şi din anumite procedee industriale Se gasesc icircn general sub forma de particule (cu exceptia mercurului care este gazos) Metalele se acumuleaza icircn organism şi provoaca efecte toxice de scurta şisau lunga durata Icircn cazul expunerii la concentraţii ridicate ele pot afecta sistemul nervos functiile renale hepatice respiratorii

Hidrocarburi Hidrocarburile aromatice polinucleare HAP sunt compusi formaţi din 4 pacircnă la 7 nuclee benzenice Acesti compusi rezulta din combustia materiilor fosile ( motoarele diesel) sub forma gazoasa sau de particule Cea mai studiata este benzo(a)pirenul Hidrocarburile aromatice polinucleare sunt cunoscute drept cancerigene pentru om

17

15 Metode de combatere a poluarii aerului

151 Controlul emisiei de particule

Desprăfuirea reprezintă procesul de icircndepărtarea particulelor din atmosfera poluata acest process fiind cel mai indepartat process icircn domeniul controlul poluarii atmosferice Desprăfuirea este procesul de separare a particulelor solide dicircntr-un current de aer sau gaze care este incarcat cu praf fum aerosoli Desprăfuirea are ca scopdesprăfuirea aerului de la utilaje locale prin absorţie inainte de a-l evacua icircn atmosfera fie de a reduce gradul de poluare al aerului cu praf fie pentru a recupera produse valoroasefie pentru uşurarea unor procese tehnologice desprăfuirea aerului exterior introdus icircn incaperi cand conţinutul de praf este este mai ridicat decacirct cel admisibil desprăfuirea gazelor de ardere prin focare şi cuptoare pentru a reduce poluarea atmosferei desprăfuirea gazelor combustibile icircn special celor folosite la masini şi locuinte Purificarea aerului prin desprăfuire se face cu ajutorul unor instalaţii de desprăfuire care se bazeaza pe procedee tehnologice de separare cele mai adecvate pentru diferite domenii granulometrice ale particulelor de praf Instalaţiile de desprăfuire se aleg ţinacircndu-se cont de marimea particulei de ce gaz trebuie purificat dispozitivele difera mult icircn complexitate eficacitate şi cost

Desprăfuirea se poate efectua fie pe cale mecanica fie prin filtrare pe cale manuala pe cale electrica prin procedee sonice

Desprăfuirea prin sedimentare Cel mai simplu procedeu de icircndepărtare a particulelor este prin sedimentare acest process avand loc icircn mod conţinuu icircn natura Sedimentarea se face prin depunerea particulelor sub influenta gravitaţiei Acest tip de separare pentru atmosferele industrial au loc icircn camerele de depunere gravitational Aceste camere ocupa spatii mari şi au capacitate redusă pentru particule sub 01μm Dimensionarea camerei se face astfel incat viteza aerului să nu depasească 03-04ms Randamentul desprăfuire la aceste cameră nu depaseste 70 restul particulelor de praf fiind captate cu alte mijloace de desrafuire

Icircndepărtarea inertială se produce atunci cand un current de gaz este centrifugat cu ajutorul unui ventilator centrifugal particulele de gaz pot fi separate pe un perete separator deoarece icircn curentul circular particular este fortata să se separe icircn afară curentului de gaz prin forte centrifugal Utilajul folosit icircn acest caz se numeste ciclon centrifugal uscat

Icircndepărtarea prin filtrare se realizaează cu ajutorul materialelor filtrante ub formă de panză textilă sau membrane din material plastic actionează prin retinerea particulelor pe suprafata lor icircn timp ce gaul purtator trece prin acest filtru Aceste filtre sunt folosite pentru a colecta praful icircn saci conţinute icircn instalaţii denumite filtu sac

Desprăfuirea pe cale umedă se bazează pe faptul că aerul inacrcat cu particule este adus icircn contact cu lichid(apa) particulele se ingreunează prin umezire apoi se aglomerează sau trec icircn lichidul de spalare iesind sub formă de namol Prin acest procedeu se retine aproape total incărcătura de

18

praf sau de particule Desprăfuirea pe cale umedă se realizează fie prin trecerea aerului prin lichide fie prin pulverizarea lichidului icircn gaz

Icircndepărtarea electrostatică sustine ipoteza că sistemele disperse de tip aerosol pot să se incarce electric Astfel icircntr-un camp electrostatic particular din aerosol este supusă unei forte F de tipul

F=Eiquestσ icircn care E=gradient de potential

σ=sarcina electrostatică de particularDin cauza incarcarii prticulei aceasta e atrasă de catre suprafata pusă la masă Din cauza efectului de descarcare corona precipitoarele electrostatic pot produce ozon care icircn cantitate mare este un gaz toxic Din acest motiv este necesar ca operarea cu aceste precipitoare să se efectueze icircn mod corespunzator

Desprăfuirea prin procedee sonice se bazează pe efctul de aglomerare produs de ciocnirea particulelor care capatao miscare de vibratie sub actiunea undelor de inaltă frecventă Particulele aglomerate se separă pricircntr-un ciclon

Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea atmosferei

Metode de combatere a poluarii

Pentru a stavili poluarea organismele statale trebuie să dispună icircn primul rand de metode de control de mare eficientă Apoi este necesară stabilirea nivelului normelor de emisie care pot fi deversate icircn aer de diversele surse de poluare şi a concenratiilor maxime admisibile de poluanţi icircn aerul localitatilor

După cum s-a stabilit la reuniunea expertilor de la Viena (1972) icircn primul rand este necesar să fie elaborate normele de igienă pentru SO2 CO

19

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

respirat icircn zilele icircn care nivelul de ozon este ridicat Chiar dacă nu icircl vedem el există Ozonul de la nivelul solului mai poate dauna plantelor şi arborilor Unele plante ce pot fi afectate sunt soia trifoiul ceapa spacircnăcul sau lucerna Arbori precum liliacul frasinul şi pinul alb pot fi de asemenea afectati Ozonul cauzează caderea frunzelor impiedică plantele să crească foarte mari sau chiar le omoară

Concentraţia de ozon la nivelul solului provoacă iritarea traiectului respirator şi iritarea ochilor Concentraţii mari de ozon pot provoca reducerea funcţiei respiratorii Este responsabil de daune produse vegetatiei prin atrofierea unor specii de arbori din zonele urbane

Metode de măsurareMetoda de referinţă pentru măsurarea ozonului este cea prevazută icircn standardul SR EN 14625 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizată pentru măsurarea concentraţiei de ozon prin fotometrie icircn ultraviolet

Monoxidul e carbon La temperatura mediului ambiental monoxidul de carbon este un gaz incolor inodor insipid de origine atacirct naturală cacirct şi antropică Monoxidul de carbon se formează icircn principal prin arderea incompletă a combustibililor fosili Sursele naturale ale aparitiei monoxidului de carbon sunt arderea padurilor emisiile vulcanice şi descarcarile electrice Monoxidul de carbon produs din surse naturale este foarte repede dispersat pe o suprafata intinsa nepunand icircn pericol sanatatea umana Surse antropice putem mentiona se formeaza icircn principal prin arderea incompleta a combustibililor fosili Alte surse antropice producerea otelului şi a fontei rafinarea petrolului traficul rutier aerian şi feroviar Monoxidul de carbon se poate acumula la un nivel periculos icircn special icircn perioada de calm atmosferic din timpul iernii şi primaverii (acesta fiind mult mai stabil din punct de vedere chimic la temperaturi scăzute) cand arderea combustibililor fosili atinge un maxim

Efecte asupra sănătăţii

Este un gaz toxic icircn concentraţii mari fiind letal (la concentraţii de aproximativ 100 mgm3) prin reducerea capacitatii de transport a oxigenului icircn sange cu consecinţe asupra sistemului respirator şi a sistemului cardiovascularLa concentraţii relativ scăzute afecteză sistemul nervos centralslăbeşte pulsul inimii micsorand astfel volumul de sange distribuit icircn organism reduce acuitatea vizuala şi capacitatea fizica expunerea pe o perioada scurta poate cauza oboseala acuta- poate cauza dificultati respiratorii şi dureri icircn piept persoanelor cu boli cardiovasculare

15

- determina iritabilitate migrene respiraţie rapida lipsa de coordonare greata ameteala confuzie reduce capacitatea de concentrareSegmentul de populaţie cea mai afectată de expunerea la monoxid de carbon o reprezintă copiii varstnicii persoanele cu boli respiratorii şi cardiovasculare persoanele anemice fumatorii

La concentraţii monitorizate icircn mod obisnuit icircn atmosfera nu are efecte asupra plantelor animalelor sau mediului Metode de măsurare

Metoda de referinţa pentru măsurarea monoxidului de carbon este cea prevazuta icircn standardul SR EN 14626 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizata pentru măsurarea concentraţiei de monoxid de carbon prin spectroscopie icircn infrarosu nedispersiv

Benzen C6H6 Compus aromatic foarte uşor volatil şi solubil icircn apa 90 din cantitatea de benzen icircn aerul ambiental provine din traficul rutier Restul de 10 provine din evaporarea combustibilului la stocarea şi distributia acestuia

Efecte asupra sănătăţii

Substanta cancerigena incadrata icircn clasa A1 de toxicitate cunoscuta drept cancerigena pentru om Produce efecte daunatoare asupra sistemului nervos central Pulberile icircn suspensie PM10 şi PM25

Pulberile icircn suspensie reprezintă un amestec complex de particule foarte mici şi picaturi de lichid Surse natural pot fi eruptii vulcanice eroziunea rocilor furtuni de nisip şi dispersia polenului Surse antropice activitatea industriala sistemul de incalzire a populaţiei centralele termoelectrice Traficul rutier contribuie la poluarea cu pulberi produsa de pneurile masinilor atacirct la oprirea acestora cacirct şi datorita arderilor incomplete

Efecte asupra sanatatii populatiei

Dimensiunea particulelor este direct legata de potentialul de a cauza efecte O problema importanţa o reprezintă particulele cu diametrul aerodinamic mai mic de 10 micrometri care trec prin nas şi gat şi patrund icircn alveolele pulmonare provocand inflamatii şi intoxicari

16

Sunt afectate icircn special persoanele cu boli cardiovasculare şi respiratorii copiii varstnicii şi astmaticii Copiii cu varsta mai mica de 15 ani inhaleaza mai mult aer şi icircn consecinţa mai multi poluanţi Ei respira mai repede decacirct adultii şi tind să respire mai mult pe gura ocolind practic filtrul natural din nas Sunt icircn mod special vulnerabili deoarece plamanii lor nu sunt dezvoltati iar tesutul pulmonar care se dezvolta icircn copilarie este mai sensibil Poluarea cu pulberi inrautateste simptomele astmului respectiv tuse dureri icircn piept şi dificultati respiratoriiExpunerea pe termen lung la o concentraţie scăzuta de pulberi poate cauza cancer şi moartea prematura

Plumb şi alte metale toxice Pb Cd As Ni şi Hg

Metalele toxice provin din combustia carbunilor carburantilor deseurilor menajere etc şi din anumite procedee industriale Se gasesc icircn general sub forma de particule (cu exceptia mercurului care este gazos) Metalele se acumuleaza icircn organism şi provoaca efecte toxice de scurta şisau lunga durata Icircn cazul expunerii la concentraţii ridicate ele pot afecta sistemul nervos functiile renale hepatice respiratorii

Hidrocarburi Hidrocarburile aromatice polinucleare HAP sunt compusi formaţi din 4 pacircnă la 7 nuclee benzenice Acesti compusi rezulta din combustia materiilor fosile ( motoarele diesel) sub forma gazoasa sau de particule Cea mai studiata este benzo(a)pirenul Hidrocarburile aromatice polinucleare sunt cunoscute drept cancerigene pentru om

17

15 Metode de combatere a poluarii aerului

151 Controlul emisiei de particule

Desprăfuirea reprezintă procesul de icircndepărtarea particulelor din atmosfera poluata acest process fiind cel mai indepartat process icircn domeniul controlul poluarii atmosferice Desprăfuirea este procesul de separare a particulelor solide dicircntr-un current de aer sau gaze care este incarcat cu praf fum aerosoli Desprăfuirea are ca scopdesprăfuirea aerului de la utilaje locale prin absorţie inainte de a-l evacua icircn atmosfera fie de a reduce gradul de poluare al aerului cu praf fie pentru a recupera produse valoroasefie pentru uşurarea unor procese tehnologice desprăfuirea aerului exterior introdus icircn incaperi cand conţinutul de praf este este mai ridicat decacirct cel admisibil desprăfuirea gazelor de ardere prin focare şi cuptoare pentru a reduce poluarea atmosferei desprăfuirea gazelor combustibile icircn special celor folosite la masini şi locuinte Purificarea aerului prin desprăfuire se face cu ajutorul unor instalaţii de desprăfuire care se bazeaza pe procedee tehnologice de separare cele mai adecvate pentru diferite domenii granulometrice ale particulelor de praf Instalaţiile de desprăfuire se aleg ţinacircndu-se cont de marimea particulei de ce gaz trebuie purificat dispozitivele difera mult icircn complexitate eficacitate şi cost

Desprăfuirea se poate efectua fie pe cale mecanica fie prin filtrare pe cale manuala pe cale electrica prin procedee sonice

Desprăfuirea prin sedimentare Cel mai simplu procedeu de icircndepărtare a particulelor este prin sedimentare acest process avand loc icircn mod conţinuu icircn natura Sedimentarea se face prin depunerea particulelor sub influenta gravitaţiei Acest tip de separare pentru atmosferele industrial au loc icircn camerele de depunere gravitational Aceste camere ocupa spatii mari şi au capacitate redusă pentru particule sub 01μm Dimensionarea camerei se face astfel incat viteza aerului să nu depasească 03-04ms Randamentul desprăfuire la aceste cameră nu depaseste 70 restul particulelor de praf fiind captate cu alte mijloace de desrafuire

Icircndepărtarea inertială se produce atunci cand un current de gaz este centrifugat cu ajutorul unui ventilator centrifugal particulele de gaz pot fi separate pe un perete separator deoarece icircn curentul circular particular este fortata să se separe icircn afară curentului de gaz prin forte centrifugal Utilajul folosit icircn acest caz se numeste ciclon centrifugal uscat

Icircndepărtarea prin filtrare se realizaează cu ajutorul materialelor filtrante ub formă de panză textilă sau membrane din material plastic actionează prin retinerea particulelor pe suprafata lor icircn timp ce gaul purtator trece prin acest filtru Aceste filtre sunt folosite pentru a colecta praful icircn saci conţinute icircn instalaţii denumite filtu sac

Desprăfuirea pe cale umedă se bazează pe faptul că aerul inacrcat cu particule este adus icircn contact cu lichid(apa) particulele se ingreunează prin umezire apoi se aglomerează sau trec icircn lichidul de spalare iesind sub formă de namol Prin acest procedeu se retine aproape total incărcătura de

18

praf sau de particule Desprăfuirea pe cale umedă se realizează fie prin trecerea aerului prin lichide fie prin pulverizarea lichidului icircn gaz

Icircndepărtarea electrostatică sustine ipoteza că sistemele disperse de tip aerosol pot să se incarce electric Astfel icircntr-un camp electrostatic particular din aerosol este supusă unei forte F de tipul

F=Eiquestσ icircn care E=gradient de potential

σ=sarcina electrostatică de particularDin cauza incarcarii prticulei aceasta e atrasă de catre suprafata pusă la masă Din cauza efectului de descarcare corona precipitoarele electrostatic pot produce ozon care icircn cantitate mare este un gaz toxic Din acest motiv este necesar ca operarea cu aceste precipitoare să se efectueze icircn mod corespunzator

Desprăfuirea prin procedee sonice se bazează pe efctul de aglomerare produs de ciocnirea particulelor care capatao miscare de vibratie sub actiunea undelor de inaltă frecventă Particulele aglomerate se separă pricircntr-un ciclon

Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea atmosferei

Metode de combatere a poluarii

Pentru a stavili poluarea organismele statale trebuie să dispună icircn primul rand de metode de control de mare eficientă Apoi este necesară stabilirea nivelului normelor de emisie care pot fi deversate icircn aer de diversele surse de poluare şi a concenratiilor maxime admisibile de poluanţi icircn aerul localitatilor

După cum s-a stabilit la reuniunea expertilor de la Viena (1972) icircn primul rand este necesar să fie elaborate normele de igienă pentru SO2 CO

19

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

- determina iritabilitate migrene respiraţie rapida lipsa de coordonare greata ameteala confuzie reduce capacitatea de concentrareSegmentul de populaţie cea mai afectată de expunerea la monoxid de carbon o reprezintă copiii varstnicii persoanele cu boli respiratorii şi cardiovasculare persoanele anemice fumatorii

La concentraţii monitorizate icircn mod obisnuit icircn atmosfera nu are efecte asupra plantelor animalelor sau mediului Metode de măsurare

Metoda de referinţa pentru măsurarea monoxidului de carbon este cea prevazuta icircn standardul SR EN 14626 Calitatea aerului icircnconjurător Metoda standardizata pentru măsurarea concentraţiei de monoxid de carbon prin spectroscopie icircn infrarosu nedispersiv

Benzen C6H6 Compus aromatic foarte uşor volatil şi solubil icircn apa 90 din cantitatea de benzen icircn aerul ambiental provine din traficul rutier Restul de 10 provine din evaporarea combustibilului la stocarea şi distributia acestuia

Efecte asupra sănătăţii

Substanta cancerigena incadrata icircn clasa A1 de toxicitate cunoscuta drept cancerigena pentru om Produce efecte daunatoare asupra sistemului nervos central Pulberile icircn suspensie PM10 şi PM25

Pulberile icircn suspensie reprezintă un amestec complex de particule foarte mici şi picaturi de lichid Surse natural pot fi eruptii vulcanice eroziunea rocilor furtuni de nisip şi dispersia polenului Surse antropice activitatea industriala sistemul de incalzire a populaţiei centralele termoelectrice Traficul rutier contribuie la poluarea cu pulberi produsa de pneurile masinilor atacirct la oprirea acestora cacirct şi datorita arderilor incomplete

Efecte asupra sanatatii populatiei

Dimensiunea particulelor este direct legata de potentialul de a cauza efecte O problema importanţa o reprezintă particulele cu diametrul aerodinamic mai mic de 10 micrometri care trec prin nas şi gat şi patrund icircn alveolele pulmonare provocand inflamatii şi intoxicari

16

Sunt afectate icircn special persoanele cu boli cardiovasculare şi respiratorii copiii varstnicii şi astmaticii Copiii cu varsta mai mica de 15 ani inhaleaza mai mult aer şi icircn consecinţa mai multi poluanţi Ei respira mai repede decacirct adultii şi tind să respire mai mult pe gura ocolind practic filtrul natural din nas Sunt icircn mod special vulnerabili deoarece plamanii lor nu sunt dezvoltati iar tesutul pulmonar care se dezvolta icircn copilarie este mai sensibil Poluarea cu pulberi inrautateste simptomele astmului respectiv tuse dureri icircn piept şi dificultati respiratoriiExpunerea pe termen lung la o concentraţie scăzuta de pulberi poate cauza cancer şi moartea prematura

Plumb şi alte metale toxice Pb Cd As Ni şi Hg

Metalele toxice provin din combustia carbunilor carburantilor deseurilor menajere etc şi din anumite procedee industriale Se gasesc icircn general sub forma de particule (cu exceptia mercurului care este gazos) Metalele se acumuleaza icircn organism şi provoaca efecte toxice de scurta şisau lunga durata Icircn cazul expunerii la concentraţii ridicate ele pot afecta sistemul nervos functiile renale hepatice respiratorii

Hidrocarburi Hidrocarburile aromatice polinucleare HAP sunt compusi formaţi din 4 pacircnă la 7 nuclee benzenice Acesti compusi rezulta din combustia materiilor fosile ( motoarele diesel) sub forma gazoasa sau de particule Cea mai studiata este benzo(a)pirenul Hidrocarburile aromatice polinucleare sunt cunoscute drept cancerigene pentru om

17

15 Metode de combatere a poluarii aerului

151 Controlul emisiei de particule

Desprăfuirea reprezintă procesul de icircndepărtarea particulelor din atmosfera poluata acest process fiind cel mai indepartat process icircn domeniul controlul poluarii atmosferice Desprăfuirea este procesul de separare a particulelor solide dicircntr-un current de aer sau gaze care este incarcat cu praf fum aerosoli Desprăfuirea are ca scopdesprăfuirea aerului de la utilaje locale prin absorţie inainte de a-l evacua icircn atmosfera fie de a reduce gradul de poluare al aerului cu praf fie pentru a recupera produse valoroasefie pentru uşurarea unor procese tehnologice desprăfuirea aerului exterior introdus icircn incaperi cand conţinutul de praf este este mai ridicat decacirct cel admisibil desprăfuirea gazelor de ardere prin focare şi cuptoare pentru a reduce poluarea atmosferei desprăfuirea gazelor combustibile icircn special celor folosite la masini şi locuinte Purificarea aerului prin desprăfuire se face cu ajutorul unor instalaţii de desprăfuire care se bazeaza pe procedee tehnologice de separare cele mai adecvate pentru diferite domenii granulometrice ale particulelor de praf Instalaţiile de desprăfuire se aleg ţinacircndu-se cont de marimea particulei de ce gaz trebuie purificat dispozitivele difera mult icircn complexitate eficacitate şi cost

Desprăfuirea se poate efectua fie pe cale mecanica fie prin filtrare pe cale manuala pe cale electrica prin procedee sonice

Desprăfuirea prin sedimentare Cel mai simplu procedeu de icircndepărtare a particulelor este prin sedimentare acest process avand loc icircn mod conţinuu icircn natura Sedimentarea se face prin depunerea particulelor sub influenta gravitaţiei Acest tip de separare pentru atmosferele industrial au loc icircn camerele de depunere gravitational Aceste camere ocupa spatii mari şi au capacitate redusă pentru particule sub 01μm Dimensionarea camerei se face astfel incat viteza aerului să nu depasească 03-04ms Randamentul desprăfuire la aceste cameră nu depaseste 70 restul particulelor de praf fiind captate cu alte mijloace de desrafuire

Icircndepărtarea inertială se produce atunci cand un current de gaz este centrifugat cu ajutorul unui ventilator centrifugal particulele de gaz pot fi separate pe un perete separator deoarece icircn curentul circular particular este fortata să se separe icircn afară curentului de gaz prin forte centrifugal Utilajul folosit icircn acest caz se numeste ciclon centrifugal uscat

Icircndepărtarea prin filtrare se realizaează cu ajutorul materialelor filtrante ub formă de panză textilă sau membrane din material plastic actionează prin retinerea particulelor pe suprafata lor icircn timp ce gaul purtator trece prin acest filtru Aceste filtre sunt folosite pentru a colecta praful icircn saci conţinute icircn instalaţii denumite filtu sac

Desprăfuirea pe cale umedă se bazează pe faptul că aerul inacrcat cu particule este adus icircn contact cu lichid(apa) particulele se ingreunează prin umezire apoi se aglomerează sau trec icircn lichidul de spalare iesind sub formă de namol Prin acest procedeu se retine aproape total incărcătura de

18

praf sau de particule Desprăfuirea pe cale umedă se realizează fie prin trecerea aerului prin lichide fie prin pulverizarea lichidului icircn gaz

Icircndepărtarea electrostatică sustine ipoteza că sistemele disperse de tip aerosol pot să se incarce electric Astfel icircntr-un camp electrostatic particular din aerosol este supusă unei forte F de tipul

F=Eiquestσ icircn care E=gradient de potential

σ=sarcina electrostatică de particularDin cauza incarcarii prticulei aceasta e atrasă de catre suprafata pusă la masă Din cauza efectului de descarcare corona precipitoarele electrostatic pot produce ozon care icircn cantitate mare este un gaz toxic Din acest motiv este necesar ca operarea cu aceste precipitoare să se efectueze icircn mod corespunzator

Desprăfuirea prin procedee sonice se bazează pe efctul de aglomerare produs de ciocnirea particulelor care capatao miscare de vibratie sub actiunea undelor de inaltă frecventă Particulele aglomerate se separă pricircntr-un ciclon

Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea atmosferei

Metode de combatere a poluarii

Pentru a stavili poluarea organismele statale trebuie să dispună icircn primul rand de metode de control de mare eficientă Apoi este necesară stabilirea nivelului normelor de emisie care pot fi deversate icircn aer de diversele surse de poluare şi a concenratiilor maxime admisibile de poluanţi icircn aerul localitatilor

După cum s-a stabilit la reuniunea expertilor de la Viena (1972) icircn primul rand este necesar să fie elaborate normele de igienă pentru SO2 CO

19

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

Sunt afectate icircn special persoanele cu boli cardiovasculare şi respiratorii copiii varstnicii şi astmaticii Copiii cu varsta mai mica de 15 ani inhaleaza mai mult aer şi icircn consecinţa mai multi poluanţi Ei respira mai repede decacirct adultii şi tind să respire mai mult pe gura ocolind practic filtrul natural din nas Sunt icircn mod special vulnerabili deoarece plamanii lor nu sunt dezvoltati iar tesutul pulmonar care se dezvolta icircn copilarie este mai sensibil Poluarea cu pulberi inrautateste simptomele astmului respectiv tuse dureri icircn piept şi dificultati respiratoriiExpunerea pe termen lung la o concentraţie scăzuta de pulberi poate cauza cancer şi moartea prematura

Plumb şi alte metale toxice Pb Cd As Ni şi Hg

Metalele toxice provin din combustia carbunilor carburantilor deseurilor menajere etc şi din anumite procedee industriale Se gasesc icircn general sub forma de particule (cu exceptia mercurului care este gazos) Metalele se acumuleaza icircn organism şi provoaca efecte toxice de scurta şisau lunga durata Icircn cazul expunerii la concentraţii ridicate ele pot afecta sistemul nervos functiile renale hepatice respiratorii

Hidrocarburi Hidrocarburile aromatice polinucleare HAP sunt compusi formaţi din 4 pacircnă la 7 nuclee benzenice Acesti compusi rezulta din combustia materiilor fosile ( motoarele diesel) sub forma gazoasa sau de particule Cea mai studiata este benzo(a)pirenul Hidrocarburile aromatice polinucleare sunt cunoscute drept cancerigene pentru om

17

15 Metode de combatere a poluarii aerului

151 Controlul emisiei de particule

Desprăfuirea reprezintă procesul de icircndepărtarea particulelor din atmosfera poluata acest process fiind cel mai indepartat process icircn domeniul controlul poluarii atmosferice Desprăfuirea este procesul de separare a particulelor solide dicircntr-un current de aer sau gaze care este incarcat cu praf fum aerosoli Desprăfuirea are ca scopdesprăfuirea aerului de la utilaje locale prin absorţie inainte de a-l evacua icircn atmosfera fie de a reduce gradul de poluare al aerului cu praf fie pentru a recupera produse valoroasefie pentru uşurarea unor procese tehnologice desprăfuirea aerului exterior introdus icircn incaperi cand conţinutul de praf este este mai ridicat decacirct cel admisibil desprăfuirea gazelor de ardere prin focare şi cuptoare pentru a reduce poluarea atmosferei desprăfuirea gazelor combustibile icircn special celor folosite la masini şi locuinte Purificarea aerului prin desprăfuire se face cu ajutorul unor instalaţii de desprăfuire care se bazeaza pe procedee tehnologice de separare cele mai adecvate pentru diferite domenii granulometrice ale particulelor de praf Instalaţiile de desprăfuire se aleg ţinacircndu-se cont de marimea particulei de ce gaz trebuie purificat dispozitivele difera mult icircn complexitate eficacitate şi cost

Desprăfuirea se poate efectua fie pe cale mecanica fie prin filtrare pe cale manuala pe cale electrica prin procedee sonice

Desprăfuirea prin sedimentare Cel mai simplu procedeu de icircndepărtare a particulelor este prin sedimentare acest process avand loc icircn mod conţinuu icircn natura Sedimentarea se face prin depunerea particulelor sub influenta gravitaţiei Acest tip de separare pentru atmosferele industrial au loc icircn camerele de depunere gravitational Aceste camere ocupa spatii mari şi au capacitate redusă pentru particule sub 01μm Dimensionarea camerei se face astfel incat viteza aerului să nu depasească 03-04ms Randamentul desprăfuire la aceste cameră nu depaseste 70 restul particulelor de praf fiind captate cu alte mijloace de desrafuire

Icircndepărtarea inertială se produce atunci cand un current de gaz este centrifugat cu ajutorul unui ventilator centrifugal particulele de gaz pot fi separate pe un perete separator deoarece icircn curentul circular particular este fortata să se separe icircn afară curentului de gaz prin forte centrifugal Utilajul folosit icircn acest caz se numeste ciclon centrifugal uscat

Icircndepărtarea prin filtrare se realizaează cu ajutorul materialelor filtrante ub formă de panză textilă sau membrane din material plastic actionează prin retinerea particulelor pe suprafata lor icircn timp ce gaul purtator trece prin acest filtru Aceste filtre sunt folosite pentru a colecta praful icircn saci conţinute icircn instalaţii denumite filtu sac

Desprăfuirea pe cale umedă se bazează pe faptul că aerul inacrcat cu particule este adus icircn contact cu lichid(apa) particulele se ingreunează prin umezire apoi se aglomerează sau trec icircn lichidul de spalare iesind sub formă de namol Prin acest procedeu se retine aproape total incărcătura de

18

praf sau de particule Desprăfuirea pe cale umedă se realizează fie prin trecerea aerului prin lichide fie prin pulverizarea lichidului icircn gaz

Icircndepărtarea electrostatică sustine ipoteza că sistemele disperse de tip aerosol pot să se incarce electric Astfel icircntr-un camp electrostatic particular din aerosol este supusă unei forte F de tipul

F=Eiquestσ icircn care E=gradient de potential

σ=sarcina electrostatică de particularDin cauza incarcarii prticulei aceasta e atrasă de catre suprafata pusă la masă Din cauza efectului de descarcare corona precipitoarele electrostatic pot produce ozon care icircn cantitate mare este un gaz toxic Din acest motiv este necesar ca operarea cu aceste precipitoare să se efectueze icircn mod corespunzator

Desprăfuirea prin procedee sonice se bazează pe efctul de aglomerare produs de ciocnirea particulelor care capatao miscare de vibratie sub actiunea undelor de inaltă frecventă Particulele aglomerate se separă pricircntr-un ciclon

Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea atmosferei

Metode de combatere a poluarii

Pentru a stavili poluarea organismele statale trebuie să dispună icircn primul rand de metode de control de mare eficientă Apoi este necesară stabilirea nivelului normelor de emisie care pot fi deversate icircn aer de diversele surse de poluare şi a concenratiilor maxime admisibile de poluanţi icircn aerul localitatilor

După cum s-a stabilit la reuniunea expertilor de la Viena (1972) icircn primul rand este necesar să fie elaborate normele de igienă pentru SO2 CO

19

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

15 Metode de combatere a poluarii aerului

151 Controlul emisiei de particule

Desprăfuirea reprezintă procesul de icircndepărtarea particulelor din atmosfera poluata acest process fiind cel mai indepartat process icircn domeniul controlul poluarii atmosferice Desprăfuirea este procesul de separare a particulelor solide dicircntr-un current de aer sau gaze care este incarcat cu praf fum aerosoli Desprăfuirea are ca scopdesprăfuirea aerului de la utilaje locale prin absorţie inainte de a-l evacua icircn atmosfera fie de a reduce gradul de poluare al aerului cu praf fie pentru a recupera produse valoroasefie pentru uşurarea unor procese tehnologice desprăfuirea aerului exterior introdus icircn incaperi cand conţinutul de praf este este mai ridicat decacirct cel admisibil desprăfuirea gazelor de ardere prin focare şi cuptoare pentru a reduce poluarea atmosferei desprăfuirea gazelor combustibile icircn special celor folosite la masini şi locuinte Purificarea aerului prin desprăfuire se face cu ajutorul unor instalaţii de desprăfuire care se bazeaza pe procedee tehnologice de separare cele mai adecvate pentru diferite domenii granulometrice ale particulelor de praf Instalaţiile de desprăfuire se aleg ţinacircndu-se cont de marimea particulei de ce gaz trebuie purificat dispozitivele difera mult icircn complexitate eficacitate şi cost

Desprăfuirea se poate efectua fie pe cale mecanica fie prin filtrare pe cale manuala pe cale electrica prin procedee sonice

Desprăfuirea prin sedimentare Cel mai simplu procedeu de icircndepărtare a particulelor este prin sedimentare acest process avand loc icircn mod conţinuu icircn natura Sedimentarea se face prin depunerea particulelor sub influenta gravitaţiei Acest tip de separare pentru atmosferele industrial au loc icircn camerele de depunere gravitational Aceste camere ocupa spatii mari şi au capacitate redusă pentru particule sub 01μm Dimensionarea camerei se face astfel incat viteza aerului să nu depasească 03-04ms Randamentul desprăfuire la aceste cameră nu depaseste 70 restul particulelor de praf fiind captate cu alte mijloace de desrafuire

Icircndepărtarea inertială se produce atunci cand un current de gaz este centrifugat cu ajutorul unui ventilator centrifugal particulele de gaz pot fi separate pe un perete separator deoarece icircn curentul circular particular este fortata să se separe icircn afară curentului de gaz prin forte centrifugal Utilajul folosit icircn acest caz se numeste ciclon centrifugal uscat

Icircndepărtarea prin filtrare se realizaează cu ajutorul materialelor filtrante ub formă de panză textilă sau membrane din material plastic actionează prin retinerea particulelor pe suprafata lor icircn timp ce gaul purtator trece prin acest filtru Aceste filtre sunt folosite pentru a colecta praful icircn saci conţinute icircn instalaţii denumite filtu sac

Desprăfuirea pe cale umedă se bazează pe faptul că aerul inacrcat cu particule este adus icircn contact cu lichid(apa) particulele se ingreunează prin umezire apoi se aglomerează sau trec icircn lichidul de spalare iesind sub formă de namol Prin acest procedeu se retine aproape total incărcătura de

18

praf sau de particule Desprăfuirea pe cale umedă se realizează fie prin trecerea aerului prin lichide fie prin pulverizarea lichidului icircn gaz

Icircndepărtarea electrostatică sustine ipoteza că sistemele disperse de tip aerosol pot să se incarce electric Astfel icircntr-un camp electrostatic particular din aerosol este supusă unei forte F de tipul

F=Eiquestσ icircn care E=gradient de potential

σ=sarcina electrostatică de particularDin cauza incarcarii prticulei aceasta e atrasă de catre suprafata pusă la masă Din cauza efectului de descarcare corona precipitoarele electrostatic pot produce ozon care icircn cantitate mare este un gaz toxic Din acest motiv este necesar ca operarea cu aceste precipitoare să se efectueze icircn mod corespunzator

Desprăfuirea prin procedee sonice se bazează pe efctul de aglomerare produs de ciocnirea particulelor care capatao miscare de vibratie sub actiunea undelor de inaltă frecventă Particulele aglomerate se separă pricircntr-un ciclon

Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea atmosferei

Metode de combatere a poluarii

Pentru a stavili poluarea organismele statale trebuie să dispună icircn primul rand de metode de control de mare eficientă Apoi este necesară stabilirea nivelului normelor de emisie care pot fi deversate icircn aer de diversele surse de poluare şi a concenratiilor maxime admisibile de poluanţi icircn aerul localitatilor

După cum s-a stabilit la reuniunea expertilor de la Viena (1972) icircn primul rand este necesar să fie elaborate normele de igienă pentru SO2 CO

19

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

praf sau de particule Desprăfuirea pe cale umedă se realizează fie prin trecerea aerului prin lichide fie prin pulverizarea lichidului icircn gaz

Icircndepărtarea electrostatică sustine ipoteza că sistemele disperse de tip aerosol pot să se incarce electric Astfel icircntr-un camp electrostatic particular din aerosol este supusă unei forte F de tipul

F=Eiquestσ icircn care E=gradient de potential

σ=sarcina electrostatică de particularDin cauza incarcarii prticulei aceasta e atrasă de catre suprafata pusă la masă Din cauza efectului de descarcare corona precipitoarele electrostatic pot produce ozon care icircn cantitate mare este un gaz toxic Din acest motiv este necesar ca operarea cu aceste precipitoare să se efectueze icircn mod corespunzator

Desprăfuirea prin procedee sonice se bazează pe efctul de aglomerare produs de ciocnirea particulelor care capatao miscare de vibratie sub actiunea undelor de inaltă frecventă Particulele aglomerate se separă pricircntr-un ciclon

Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea atmosferei

Metode de combatere a poluarii

Pentru a stavili poluarea organismele statale trebuie să dispună icircn primul rand de metode de control de mare eficientă Apoi este necesară stabilirea nivelului normelor de emisie care pot fi deversate icircn aer de diversele surse de poluare şi a concenratiilor maxime admisibile de poluanţi icircn aerul localitatilor

După cum s-a stabilit la reuniunea expertilor de la Viena (1972) icircn primul rand este necesar să fie elaborate normele de igienă pentru SO2 CO

19

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

NOx CO2 pesticidele icircn suspensie care determină imbolnaviri acute şi cronice Icircn prezent la noi sunt date norme de concentraţii maxime admisibile pentru un numar de 447 substante poluante Principalele masuri concrete de realizare a protectiei aerului constau icircn

exploatarea ratională a instalaţiilor tehnologice selectionate pentru o anumită productie ca fiind ca fiind cele mai putin poluante recuperarea şi valorificarea substantelor reziduale utilizabile

amplasarea surselor de poluare bazată pe un studiu stiintific al consecinţelor pe care le are situarea icircntr-o anumită ambianţă

geoclimatică

adoptareă de sisteme şi mijloace de transport cacirct mai putin poluanteIcircn combaterea poluării aerului se porneste de la principiul că ldquomaximul se poate

realiza la sursă ldquoAceasta icircn sensul că reducerea evacuarilor de poluanţi şi a pierderilor de la sursa sunt icircn acelasi timpmasuri preventive de limitare a poluarii aerului şi masuri care vizează valorificarea integrală amateriilor prime Retinerea substantelor reziduale pentru valorificarea complexă a materiei primeeste şi mult mai uşor de realizat decacirct după ce acestea s-au ejectat icircn atmosferă

Pentru a realiza o productie nepoluantă exista mai multe posibilitati alegerea sau pregatirea unurmaterii prime fără impuritati spalarea combustibililor ermetizarea instalaţiilor icircn care se desfasoaraprocese de productie generatoare de pulberi şi gaze dirijarea pulberilor şi gazelor spre instalaţiile deepurare

Cele mai sensibile strategii de control ale poluarii atmosferice implică metode ce reduc colectează captează sau retin poluanţi inainte ca ei să icircntre icircn atmosferă Din punct de vedere ecologic reducand emisiile poluante cu o marire a randamentului energetic şi prin masuri de conservare precum arderea de mai putin combustibil este strategia preferată Influentand oamenii să folosească transportul icircn comun icircn locul autovehiculelor personale ajută de asemenea la imbunatatirea calitatii aerului urban Potentiali poluanţi pot există icircn materialele ce icircntră icircn procese chimice sau icircn procese de combustie (ca de exemplu plumbul din benzină)

Metode de controlare a poluarii atmosferice includ şi icircndepărtarea materialelor poluante direct din produsul brut inainte ca acesta să fie folosit sau imediat după ce s-a format dar şi alterarea proceselor chimice ce duc l-a obtinerea produsului finit astfel incat produsii poluanţi să nu se formeze sau să se formeze la nivele scăzute Reducerea emisiilor de gaze din arderea combustibililor folositi de catre automobile este posibilă şi prin realizarea unei combustii cacirct mai complete a carburantului sau prin recircularea gazelor provenite de la rezervor carburator şi motor dar şi prin

20

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

descompunerea gazelor icircn elemente putin poluante cu ajutorul proceselor catalitice Poluanţii industriali pot fi la randul lor captati icircn filtre precipitatori electrostatici

ldquoNu poţi forţa o planta să crească incercand să o tragi de frunzeCeea ce poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

Implementarea metabolismului industrial prin monitorizarea

calitaţii apelor de suprafaţa

21 Aspecte generale

21

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

Hidrosfera (din limba greacă hidros = apă și sphaira = sferă) descrie icircn geografia fizică masa totală de apă liberă icircn stare lichidă sau solidă de pe suprafața Pămacircntului precum și de dedesubtul sau de deasupra acestei suprafețe

Volumul total de apă de pe pamacircnt este de 136 miliarde Km3 din 98 constitue mări şi oceane şi acoperă 70 din suprafaţa planetei Apa dulce reprezintă numai 2 din cantitatea totală de apă şi este distribuită icircn modul următor

aproximativ 35 milioane Km3 este fixată ca gheaţă icircn calota polară şi ghetari

12 300 Km3 sub formă de vapori icircn atmosferă 7-10 milioane Km3 icircn sol şi straturile aqvifere subterane apă curgătoare icircn racircuri aproximativ 30 000 Km3

211 Rolul ecologic şi importanţa a apelor

Apa există icircn cele trei stări ale materiei lichidă solidă și gazoasă imprimicircnd o calitate nouă și unică mediului geografic Apa este o componentă dinamica un agent de relaționare a componentelor de mediu Circuitul apei icircn natură este esențial icircn funcționalitatea dinamica și existența mediului geographic formează un icircnveliș cu existindere mare care este vital pentru viețuitoare om și activitațile sale Componenta hidrică are un rol determinant icircn distributia climei terestre constituind un agent de modelator al reliefului prin actiunile sale de erodare de transport şi de acumulare Marile şi oceanele contin resurse minerale şi combustibili au potential energetic creat de valuri curenti oceanici maree şi asigura cai de navigatie maritimaApa este sub directa influenţă a energiei solare cuprinsă icircntre 01-02 Kwattm3 putacircnd evapora la suprafaţa terestră un strat de 103-26m grosime Icircn ciclul evaporare-precipitare cad pe pămacircnt sub formă de ploi şi zapadă aproximativ 518000Km3 de apă icircn 42 de cicluri

Apa constitue leagănul vieţii prin proprietăţile sale fizicochimice participă activ la toate procesele vitale asiguracircnd menţinerea şi perpetuarea vieţii pe Pamacircnt Intră icircn constituţia materiei vii icircn proporţie de 45-95 Apa

22

este un aliment fundamental participă activ la sinteza substanţelor organice este un vehicul al substanţelor nutritive este termoregulator asigura perpetuarea specie este agent de răspacircndire a organismelor acvatice Cantitatea de apa din litosferă şi atmosferă variază icircn funcţie de factorii climatici şi geografici

212Apele continentale

Din clasa a VII-a se cunoaste ca oceanele ocupa aproximativ 362milioane km patrati ceea ce reprezinta 71 din suprafata Terrei (de 510 milioane km patrati) icircn timp ce continentele detin doar 29Oceanul Planetar se compune din patru oceane dintre care cel Arctic are mai mult caractere de mare mediteranaOceanele sunt insa mult mai mari decat oricare continent De fapt ele inconjoara suprafetele de uscat şi nu invers O singura exceptie o formeaza Oceanul Arctic care conform definitiei generale este o mare mediterana

Repartitia apei oceanice pe glob este inegala Circa noua zecimi se grupeaza pe o jumatate din sfera Terrei avand polul situat icircn SE-ul Insulei Noua Zeelanda (langa Insula Antipodes) Aceasta se numeste emisfera oceanica (90 apa) Opusul ei este emisfera continentala cu polul la gura fluviului Loire (pe insula Dumet) şi icircn care apa ocupa totusi 53 Marile sunt intinderi de apa oceanica mai mici sau mai putin adanci decat oceanele Ele se clasifica dupa raporturile lor cu oceanele şi continentele icircn mari marginase (comunica larg cu oceanul fiind un fel de golfuri ale acestora) continentale (inconjurate de uscat comunicand cu oceanul sau cu o alta mare prin stramtori)mediterane (situate intre 2-3 continente şisau ghirlande insulare Mediterana Mediterana Asiatica Mediterana Americana şi bdquoOceanulrdquo Arctic) Raurile şi fluviile sunt organisme care colecteaza apele superficiale continentale Uneori se generalizeaza sub un singur nume ca de exemplu parau rau fluviu avand la baza o delimitare dupa marime Raurile şi fluviile au un regim de curgere permanent deoarece se alimenteaza nu numai din ploi ci şi din ape subterane Lacurile reprezinta mase de apa care stagneaza icircn excavatiuni ale continentului Dimensiunile lor sunt variabile adancimea incepe de la cativa metri şi pana la 1620m cat are Lacul Baikal iar suprafata de la foarte mica la 37 000km patrati cat are Marea Caspica Lacurile formate prin actiunea omului (antropice) spre deosebire de cele naturale sunt artificiale Din aceasta categorie fac parte lacurile de acumulare pentru hidrocentrale pentru alimentarea cu apa a localitatilor pentru irigatii etc Icircn tara noastra sunt numeroase asemenea lacuri amenajate pe Dunare Bistrita Arges Olt Siret etc Pe Glob mari lacuri de acumulare au fost amenajate pe fluviile Nil Volga Zambezi Colorado Enisei etc

213 Proprietatile apei oceanului planetar

23

Densitatea apei mării este de aproximativ 103g cm-3 ceea ce icircnseamnă că este de 775 ori mai mare decacirct cea a aerului la 0oC şi 1 atm iar acest lucru ajută organismele acvatice să pluteascăVacircscozitatea apei marii este de 60 ori mai mare ca cea a aerului ceea ce icircngreuneaza deplasarea organismelor Atacirct densitatea cacirct şi viscozitatea apei sunt determinate de gradul de mineralizare a apei adica de concentratia sarurilorTransparenta apei marilor variaza de la o mare la alta icircn funcţie de de cantitatea de impuritati şi microorganisme pe care le contine Apa transparenta din Marea Sargaselor icircn care se vede pina la 67m denota o saracire icircn microorganisme

Icircn general transparenţa variază icircntre 50-60m iar icircn apropierea continentelor este mai mică decacirct icircn larg datorită planctonului Acesta este format din microorganisme fotosintetizatoare (microalge şi cianobacterii) precum şi din consumatori microscopici crabi pesti precum şi o serie de alte animale microscopice

Luminozitatea variaza cu compozitia chimica transparent şi adincimea O parte din razele solare sunt reflectate iar altele pătrund prin refracţie şi difracţie pacircnă la o anumită adacircncime Diferitele lungimi de unda sunt absorbite la diverse adincimi

primele sunt absorbite radiatiile rosii care dispar la 30-40m

Intre 200 şi 400m pătrund numai radiaŢiile verzi şi albastre

la adincimi mai mari de 400 m este intunericIcircn funcţie de gradul de patrundere a luminii icircn apa se disting urmatoarele straturi

Strat eufotic cu grosimi cuprinse icircntre 30 şi 60m este bine luminat şi deci şi populat

Stratul disfotic reprezintă stratul de apă cuprins icircntre cotele -60 şi -400m mai puţin luminat şi mai puţin populat

Stratul profund numit afotic de la 400m pacircnă la fund icircn care lipsesc algele şi sunt puţine animale abisale Aceste animale sunt capabile să trăiască cu cantităţi extrem de

scăzute de hrană avacircnd un metabolism foarte lent Nu se cunosc prea multe date despre cresterea şi reproducerea lor Interesant este faptul că aceste zone au suferit extrem de puţine modificări climatice şi de compoziţie icircn decursul istoriei geologice deci vieţuitoarele adaptate acestor biocenoze nu s-au modificat morfologic şi funcţional şi contituie astăzi asa numitele relicve vii

Temperatura variaza cu adincimea şi latitudinea din acest punct de vedere

apele oceanului planetar prezinta o stratificare similara atmosferei

24

Troposfera marina reprezinta stratul superior -puternic influentat de curentii verticali şi de valuricea mai mare parte din energia solara este absorbita de acest strat

Ca urmare a proceselor de evaporare acest strat este mai concentrate icircn saruri minerale devine mai dens coboara sunt generati curentii verticali Icircn ceea ce priveste influenta latitudinii la poli apa oceanului planetar are valoarea temperaturii de 0oC iar temperatura maxima de 35oC se atinge icircn Marea Rosie şi Golful Mexic

Termoclina este stratul intermediar de pina la 1500m adincime icircn

care temperatura scade lent Stratul profund are temperatura relativ constanta Icircn Marea

Rosietemperatura apei icircn profunzime este de 4ordmC Din această cauză Marea Rosieeste caracterizată de biocenoze extrem de variate ca forme de viaŢă de lasuprafaţă pacircnă la fund

Presiunea hidrostatica creste de la suprafata spre fund la fiecare 10m cu un barCurenţii maritimi prin actiunea mecanica a valurilor influenteaza biosfera marinăCompoziţia chimica Apa oceanului planetar este o soluţie relativ concentrată icircn săruri minerale Distribuţia conţiutului de săruri este icircn medie

o 80NaCl o 10MgCl2 o 4MgSO4 o 34CaSO4 o saruri de potasiu 2 o urme de Siliciu Iod Brom Argint

pH-ul este relativ constant aproximativ egal cu 82

Proprietatile fizico-chimice ale apelor continentale se deosebesc de cele ale apelor marine şi sunt influentate de factorii climatici zonali

Densitatea şi viscozitatea apei influenteaza miscarea organismelor icircn mediu acvatic Plutirea este direct influentata de aceste doua proprietati şi acolo unde apele sunt mai dense au aparut modificări morfofuncţionale

ca apariţia formei plate sau vezica plină cu aer care modifica suprafata de contact a organismului cu apa (icircn general o măresc) şi scad greutatea specificasuprafaţa corpului este mărită de apariţia unor apendici cum ar fi microcrustacei alge iar scaderea grutatii specifice de vezicule

25

cu gaze icircn corpul animalelor care ajuta la plutire de exemplu la pesti

Curentii de apa mijlocesc raspindirea vietuitoarelor Astfel icircn apele de munte repezi şi puternic oxigenate traiesc vietuitoare numite reophile (rheos=curent philos iubitor) pesti foarte buni innotatori care au corpul fuziform şi muschi puternici Alte animale s-au adaptat curentilor repezi fixindu-se pe un substrat prin ventuze cirlige sau mucus cleiosTemperatura apelor continentale variază icircn limite foarte largi de la valori minime de 0ordmC la izvor şi pina la 90ordmC icircn apele termaleTransparenta şi luminozitatea sunt variate şi influentate de grosimea stratului de apa de compozitia chimică de densitatea planctonului şi de anotimp

vara transparenta este mult mai mica fata de iarna este minima icircn luna iunie şi maxima icircn decembrie

transparenta maxima o are lacul Geneva icircn care razele soarelui patrund pina la adincimea de 200m urmat de lacul Baikal cu apa transparenta pina la 40m

Icircn circuitul său natural apa intră icircn contact cu gaze substanţe minerale substanţe organice pe care le dizolvă icircn diferite proporţii icircn funcţie de natura şi de produsii de solubilitate ai acestora formand soluţii mai mult sau mai puţin concentrate Partea chimiei care se ocupă cu studiul apelor naturale se numeste hidrochimie Componenţii chimici ai apelor naturale se clasifică icircn următoarele grupe Macrocomponeneţii apei sunt ionii care găsesc icircn apă icircn concentraţii mari Ca+2 Mg+2 K+1 Na+1 Cl-1 SO-2 HCO3 CO-23 Concentraţia ecestor elemente icircn apele de suprafaţă variază icircn limite foarte largi icircn stransă dependenţă de natura geologicochimică a rocilor cu care vin icircn contact Apele mărilor şi oceanelor sunt soluţii mult mai concentrate dar a căror compoziţie este relative constantă

Gaze dizolvate O2 CO2 H2S CH4 N2 Concentraţia acestora icircn apa este icircn funcţie de valoarea constantei lui Henry

214 Gazele icircn apa naturala

Solubilitaea gazelor icircn apa se calculeaza cu Legea lui Henry care arata ca solubilitatea unui gaz intr-un lichid este proportionala cu presiunea partiala a gazului icircn contact cu lichidul

Fie un gaz aflat icircn contact cu apa şi Xg fractia molara a gazului icircn aer iar Xaq fractia sa molara icircn apa intre faza gazoasa şi gazul dizolvat exista un echilibru dynamic Xg Xaq

Legea lui HenryXaq = KPx

icircn care Px este presiunea partiala a gazului K este constanta lui Henry

26

Proprietatile chimice depind de cantitatea de gaze dizolvate de natura mineralogical a rocilor străbătute şi deci de cantitatea de substanţe dizolvată Gazele dizolvate icircn apa sunt

oxigenuldioxidul de carbongazul metanhidrogenul sulfurat

a)Oxigenul dizolvat este cel mai important parametru de calitate al apei racircurilor deoarece are o importanţă vitală pentru ecosistemele acvatice Oxigenul din apa provine fie din aerul atmosferic fie ca produs de fotosinteza Cantitatea de oxigen din apele continentale depinde de cantitatea de vegetatie acvatică existentă de viteza de deplasare a apei şi de viteza de descompunere a organismelor moarte Stratul superficial este mai bogat icircn oxigen Anumite organism pot trăi un timp indelungat cu cantitati mici de oxigen pe cind altele ca de exemplu păstravul care este un organism oxigenofil nu pot trăi decacirct icircn ape de munte cu mult oxigen iarna datorită icircngheţului cantitatea de oxigen scade şi multe organisme mor prin sufocare Concentratia oxigenului dizolvat icircn apa la 25ordmC icircn echilibru cu oxigenul atmospheric este de 832mg l-1 Solubilitatea oxigenului=cantitatea maxima ce se poate dizolva la echilibru la o anumita temperatura Concentratia oxigenului dizolvat care este limitata de viteza de acces a oxigenului şi de alte procese conexe Solubilitatea gazelor variaza invers proportional cu temperatura astfel la 0ordmC este 1474mgl oxigen dizolvat iar la 35ordmC este de 703mgl oxigen dizolvat Oxigenul dizolvat poate fi consumat icircn diferite procese de exemplu icircn respiratie sauprocese degradative şi astfel apa trebuie reaerata

Gradul de oxigenare al apei este influenţat de reaerare (miscarea apei) de presiunea atmosferică de temperatura şi consumul biologic de oxigen

b) Dioxidul de carbon are un caracter acidConcentratia CO2 reactiv este mai dificil de calculat decit concentratia gazelor inerte fata de apa ca O2 N2 deoarece CO2 reactioneaza cu apa Dioxidul de carbon se găseste icircn apă icircn special ca produs de respiraţie se găseste icircn catitate mai mare icircn straturile inferioare ca urmare a proceselor degradative ale substanţelor organice Gazul acumulat icircn straturile superioare este utilizat icircn procesul de fotosinteză de către algele verzi Aerul atmosferic contine aproximativ 0035 icircn volume CO2 care se afla icircn echilibru cu CO2 dizolvat Constanta de aciditate a acidului carbonic este de 2 x 10-3 la 25ordmC deci dacă cantitatea de CO2 este mica el se gaseste sub forma de acid carbonic Acidul carbonic fiind un acid dibazic poate forma doua tipuri de saruri carbonate (CO3)-2 şi bicarbonati (HCO3)-1 Sistemul CO2 (HCO3)-1(CO3)-2 icircn apa contine cu precadere o anumita specie icircn funcţie de valoarea pH-lui astfel

pH mai mic decit 6 icircn apa predomina CO2 neionizat

27

pH cuprins intre 6 şi 10 icircn apele naturale predomina ionul dicarbonat (HCO3)-1

la valori de pH mai mari decit 10 predomina ionul carbonat (CO3)-2

Dioxidul de carbon din apa influenteaza negativ viata animalelor adica respiratia pozitiv viata organismelor autotrofe prin fotosinteza

De asemenea echilibrul carbonat dicarbonat stă la baza dizolvării pietrei de calcar cu formarea grotelor conform mecanismului

c) Substanţe biogene sunt icircn special compusi ai azotului şi fosforului dar şi compusi ai siliciului icircn formă coloidală compusi ai fierului

d) Microelemente sunt toţi ceilalţi ioni care se găsesc icircn concentraţii foarte mici Cu+2 Mn+2 Br-1 I-1 sunt extrem de importanţi icircn dezvoltarea organismelor viiconform legii minimului

Substannţe organice dizolvate (SOD) acizi organici alcooli aldehide cetone esteri eteri compusi aromatici hidraţi de carbon proteine

Se utilizează anumiţi indicatori cum sunt conţinutul icircn carbon organic Corg azot organic Norg fosfor organic Porg consumul chimic de oxigen=cantitatea de oxigen utilizată la oxidarea

substanţelor organice cu permanganat (CCO) consumul biochimic de oxigen (CBO) Apele de suprafaţă conţin icircn general cantităţi mici de substanţe

organice lt01mglProprietatile apei care influenteaza viata

temperatura28

transparentaturbulentaCantitatea de oxigen dizolvata DOCantitatea de oxigen consumata la degradrea biologica a organismelor vii icircn apa BOD-Biochemical Oxigen DemandedCantitatea de dioxid de carbonNutrientiApa este singurul oxid al elementelor din grupele a Va şi a VIa (SO2 NO2 N2O3)care la temperatura de 25degC este lichid datorită legaturilor de hidrogen ce se stabilesc icircntre molecule Asocierea moleculelor de apa reduce gradele de libertate icircn miscarea moleculară

Astfel moleculele de apa au tendinta de a polariza pentru a forma structura tetraedica astfel apa formează dimeri tetrameri etc care structureaza apa Prin urmare pentru a topi sau a fierbe apa este nevoie de mai multa energie care sa conduca la ruperea legaturilor de hidrogen Deoarece apa formeaza structuri tetraedice cu putina tensiune icircn legaturi ea poate sa polimerizeze icircn structuri deschise şi deci mai afinate Lucrul acesta se icircntamplă mai ales atunci cand apa se găseste icircn faza solida (gheaţa) ceea ce face ca gheaţa să fie mai afanată decat apa lichidă şi deci mai usoară Din acest motiv gheaţa pluteste pe apă Dilatarea apei la icircnghet are o importantă crucială pentru viaţă deoarece aceasta se poate dezvolta icircn apa sub gheata care stă deasupra Apa are caldură masică mare precum şi conductivitate termica mare ceea ce face ca ea sa funcţioneze ca depozit de caldură icircn organismele vii şi să stabilizeze temperatura mediului Caldura masica a apei este101(calg) fata de H2SO4-033 (calg)sau glicerina 0047 (calg)

Conductivitatea termica (g x cal x s-1 x cm2) a H2O20ordmC la un gradient de temperature de 1oC cm are valoarea de 00014 fata de vata de bumbac-000004 pluta-00001 Cu-100 sau sticla-00025Caldura de vaporizare a apei este cea mai mare dintre toate substanţele natural cunoscute (538 calg la 100oC) Acest lucru face ca apa sa fie cel mai bun răcitor iar fiinţele vii folosesc pe scara largă acest mecanism de răcireTensiunea superficiala a apei este şi ea foarte ridicat (72 dynecm) din această cauză compusii biocimici tensioactivi importanti pentru biologie tind să scadă tensiunea superficiala a apei şi icircn felul acesta sa se concentreze icircn apropierea suprafetei accelerand astfel reactiile biochimiceValoarea mare a constantei dielectrice a apei (81 fata de εo vid =1) permite apei sa disocieze moleculele polare (cristale ionice NaCl) icircn ionii constituenti Rezultatul este solubilitatea mare a sarurilor icircn apa Constanta dielectrica mare permite disocierea insasi a moleculei de apa

H2Oharr[H+]+[OH-][H+]=[OH-]=10-7ioni grL-1

29

Aceasta face ca speciile de ioni liberi icircn apa sa fie H2OH+ =[H3O]+ ionul de hidroniu şi[OH-] ceea ce permite o mare mobilitate a acestor ioni şi icircn consecinta o conductive electrica marita a apei Aceasta va permite şi o crestere a vitezei de reactie

Prin legaturile de hidrogen se creeaza retele de transport rapid prin lichid a ionilor [H+] şi [OH-] astfel incat o schimbare rapida a pH-ului se transmite cu mare viteza icircn toata solutiaStructura semicristalina a apei datorata puntilor de hidrogen are un efect neobisnuit asupra solventilor nepolari şi asupra gruparilor nepolare laterale ale ale polimerilor organici

La introducerea apei intr-un solvent nepolar reteaua de legaturi dehidrogen se aranjaza icircn asa fel incit perturbarea legaturii sa fie cit mai mica Efectul acestei oreintari se concretizeaza icircn inchiderea moleculei intr-o cusca de solvatare astfel incit nu se realizeaza nici un fel de legatura intre apa şi solvent ci numai legaturi intre moleculele compusului nepolar Acest tip de legatura se numesc hidrofoba sau efect hidrofob Acest efect este deosebit de important icircn biologie icircn ceea ce priveste formarea enzimelor care contin grupari hidrofobe şi hidrofile grefate pe macromolecule Gruparile hidrofobe definesc precis forma enzimei Moleculele care contin grupari hidrofile (care se dizolva icircn apa) şi hidrofobe (care nu se dizolva icircn apa) isi pot izola fata de apa portiunile hidrofobe prin autoagregare Produsii agregării se numesc micelii coloidale şi reprezintă primul pas spre formarea membranelor biologice

Datorită diferenţelor de electronegativitate dintre atomii de oxigen şi hidrogen molecula apei este puternic polarizata apa este un solvent polar şi dizolva un numar foarte mare de compusi ale caror molecule sunt formate prin legatura ionica sau covalent polara

Particule icircn suspensieParticulele icircn suspensie sedimentează icircn funcţie de dimensiunea lor

cele cu dimensiuni mai mici de 10 μm au viteze de sedimentare foarte mici (sub 001cmsec) şi se distribuie relativ omogen icircn toată apa la la fluxuri convective slabe Pariculele sedimentabile sunt icircn general formate dintr-un nucleu mineral de regulă dioxid de siliciu sau carbonat de calciu icircnconjurat de un strat organic de compoziţie variabilă De asemenea icircn apele naturale se găseste o cantitate icircnsemnată de microorganisme aflate icircntr-un echilibru dinamic cu mediu icircnconjurător Prin urmare apa naturală este un sistem multicomponent heterogen de tip deschis adică realizează schimb de materie şi energie cu mediul Algele microscopice aflate icircn suspensie formează fitoplanctonul Există peste 30000 de tipuri de alge care influenţează foarte puternic calitatea apei Biomasa bruta a fitoplanctonului din oceanul planetar este de 109 tone icircn timp ce productia de substanţă organica este de aproximativ 4x1011 tonean Bacteriile prelucreza substanţa organica obţinută prin fotosinteză picircnă la stadiul la care ea poate fi asimilată de alte organisme numite filtratori Acestia cum ar fi o specie de raci inferiori filtreză picircnă la 100mlhmg masă brută

30

middot

22 Poluarea şi protectia apei221 Poluarea apei

Prin poluarea apelor se intelege degradarea proprietatilor fizice şi chimice ale acestora Poluarea apelor este un fenomen de mare actualitate cu efecte nocive asupra vietii oamenilor şi organismelor acvatice De aceea o serie de organisme internationale prevad o serie de legi pentru prevenirea pericolelor de poluare Se interzice icircn primul rand deversarea oricaror reziduuri petroliere şi radioactive icircn apele internationale şi ale raurilor

Poluarea apelor la nivel global a cunoscut o crestere semnificativa mai ales icircn ultimele decenii ca urmare a cresterii numarului de locuitori ai planetei dezvoltarii sociale şi industriale corelate cu lipsa unor masuri adecvate de protectie a diferitelor categorii de ape Din acest motiv uneori poluarea apelor mai ales icircn zonele cu deficit hidrologic nu mai este numai o problematica legata strict de protectia mediului avand implicatii sociale economice şi chiar politice Din acest punct de vedere poluarea surselor de apa potabila sau cu folosinta agricola şi degradarea cestor categorii de ape este un aspect stringent a vietii contemporane

Sursele de poluare a apelor pot fi clasificate icircn mai multe moduri Exista surse de poluare naturala a apelor asa cum exista surse antropice (artificiale) Icircn cadrul ultimei categorii se poate aminti de surse de poluare organizate al caror efect poluant este facilitat de existenta unor instalatii construite specia pentru evacuarea apelor uzate din localitatile urbane divers 757d34h e industrii zootehnie etc precum şi de surse neorganizate care determina de exemplu poluarea apelor din zonele rurale locuite sau localitatile fara sisteme de canalizare şi drenaj al apelor uzate

Icircn funcţie de perioada de timp activa a diverselor surse de poluare se pot aminti

surse de poluare permanentesurse de poluare cu funcţionare intermitenta sau sezonalasurse de poluare accidentala

31

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Densitatea apei mării este de aproximativ 103g cm-3 ceea ce icircnseamnă că este de 775 ori mai mare decacirct cea a aerului la 0oC şi 1 atm iar acest lucru ajută organismele acvatice să pluteascăVacircscozitatea apei marii este de 60 ori mai mare ca cea a aerului ceea ce icircngreuneaza deplasarea organismelor Atacirct densitatea cacirct şi viscozitatea apei sunt determinate de gradul de mineralizare a apei adica de concentratia sarurilorTransparenta apei marilor variaza de la o mare la alta icircn funcţie de de cantitatea de impuritati şi microorganisme pe care le contine Apa transparenta din Marea Sargaselor icircn care se vede pina la 67m denota o saracire icircn microorganisme

Icircn general transparenţa variază icircntre 50-60m iar icircn apropierea continentelor este mai mică decacirct icircn larg datorită planctonului Acesta este format din microorganisme fotosintetizatoare (microalge şi cianobacterii) precum şi din consumatori microscopici crabi pesti precum şi o serie de alte animale microscopice

Luminozitatea variaza cu compozitia chimica transparent şi adincimea O parte din razele solare sunt reflectate iar altele pătrund prin refracţie şi difracţie pacircnă la o anumită adacircncime Diferitele lungimi de unda sunt absorbite la diverse adincimi

primele sunt absorbite radiatiile rosii care dispar la 30-40m

Intre 200 şi 400m pătrund numai radiaŢiile verzi şi albastre

la adincimi mai mari de 400 m este intunericIcircn funcţie de gradul de patrundere a luminii icircn apa se disting urmatoarele straturi

Strat eufotic cu grosimi cuprinse icircntre 30 şi 60m este bine luminat şi deci şi populat

Stratul disfotic reprezintă stratul de apă cuprins icircntre cotele -60 şi -400m mai puţin luminat şi mai puţin populat

Stratul profund numit afotic de la 400m pacircnă la fund icircn care lipsesc algele şi sunt puţine animale abisale Aceste animale sunt capabile să trăiască cu cantităţi extrem de

scăzute de hrană avacircnd un metabolism foarte lent Nu se cunosc prea multe date despre cresterea şi reproducerea lor Interesant este faptul că aceste zone au suferit extrem de puţine modificări climatice şi de compoziţie icircn decursul istoriei geologice deci vieţuitoarele adaptate acestor biocenoze nu s-au modificat morfologic şi funcţional şi contituie astăzi asa numitele relicve vii

Temperatura variaza cu adincimea şi latitudinea din acest punct de vedere

apele oceanului planetar prezinta o stratificare similara atmosferei

24

Troposfera marina reprezinta stratul superior -puternic influentat de curentii verticali şi de valuricea mai mare parte din energia solara este absorbita de acest strat

Ca urmare a proceselor de evaporare acest strat este mai concentrate icircn saruri minerale devine mai dens coboara sunt generati curentii verticali Icircn ceea ce priveste influenta latitudinii la poli apa oceanului planetar are valoarea temperaturii de 0oC iar temperatura maxima de 35oC se atinge icircn Marea Rosie şi Golful Mexic

Termoclina este stratul intermediar de pina la 1500m adincime icircn

care temperatura scade lent Stratul profund are temperatura relativ constanta Icircn Marea

Rosietemperatura apei icircn profunzime este de 4ordmC Din această cauză Marea Rosieeste caracterizată de biocenoze extrem de variate ca forme de viaŢă de lasuprafaţă pacircnă la fund

Presiunea hidrostatica creste de la suprafata spre fund la fiecare 10m cu un barCurenţii maritimi prin actiunea mecanica a valurilor influenteaza biosfera marinăCompoziţia chimica Apa oceanului planetar este o soluţie relativ concentrată icircn săruri minerale Distribuţia conţiutului de săruri este icircn medie

o 80NaCl o 10MgCl2 o 4MgSO4 o 34CaSO4 o saruri de potasiu 2 o urme de Siliciu Iod Brom Argint

pH-ul este relativ constant aproximativ egal cu 82

Proprietatile fizico-chimice ale apelor continentale se deosebesc de cele ale apelor marine şi sunt influentate de factorii climatici zonali

Densitatea şi viscozitatea apei influenteaza miscarea organismelor icircn mediu acvatic Plutirea este direct influentata de aceste doua proprietati şi acolo unde apele sunt mai dense au aparut modificări morfofuncţionale

ca apariţia formei plate sau vezica plină cu aer care modifica suprafata de contact a organismului cu apa (icircn general o măresc) şi scad greutatea specificasuprafaţa corpului este mărită de apariţia unor apendici cum ar fi microcrustacei alge iar scaderea grutatii specifice de vezicule

25

cu gaze icircn corpul animalelor care ajuta la plutire de exemplu la pesti

Curentii de apa mijlocesc raspindirea vietuitoarelor Astfel icircn apele de munte repezi şi puternic oxigenate traiesc vietuitoare numite reophile (rheos=curent philos iubitor) pesti foarte buni innotatori care au corpul fuziform şi muschi puternici Alte animale s-au adaptat curentilor repezi fixindu-se pe un substrat prin ventuze cirlige sau mucus cleiosTemperatura apelor continentale variază icircn limite foarte largi de la valori minime de 0ordmC la izvor şi pina la 90ordmC icircn apele termaleTransparenta şi luminozitatea sunt variate şi influentate de grosimea stratului de apa de compozitia chimică de densitatea planctonului şi de anotimp

vara transparenta este mult mai mica fata de iarna este minima icircn luna iunie şi maxima icircn decembrie

transparenta maxima o are lacul Geneva icircn care razele soarelui patrund pina la adincimea de 200m urmat de lacul Baikal cu apa transparenta pina la 40m

Icircn circuitul său natural apa intră icircn contact cu gaze substanţe minerale substanţe organice pe care le dizolvă icircn diferite proporţii icircn funcţie de natura şi de produsii de solubilitate ai acestora formand soluţii mai mult sau mai puţin concentrate Partea chimiei care se ocupă cu studiul apelor naturale se numeste hidrochimie Componenţii chimici ai apelor naturale se clasifică icircn următoarele grupe Macrocomponeneţii apei sunt ionii care găsesc icircn apă icircn concentraţii mari Ca+2 Mg+2 K+1 Na+1 Cl-1 SO-2 HCO3 CO-23 Concentraţia ecestor elemente icircn apele de suprafaţă variază icircn limite foarte largi icircn stransă dependenţă de natura geologicochimică a rocilor cu care vin icircn contact Apele mărilor şi oceanelor sunt soluţii mult mai concentrate dar a căror compoziţie este relative constantă

Gaze dizolvate O2 CO2 H2S CH4 N2 Concentraţia acestora icircn apa este icircn funcţie de valoarea constantei lui Henry

214 Gazele icircn apa naturala

Solubilitaea gazelor icircn apa se calculeaza cu Legea lui Henry care arata ca solubilitatea unui gaz intr-un lichid este proportionala cu presiunea partiala a gazului icircn contact cu lichidul

Fie un gaz aflat icircn contact cu apa şi Xg fractia molara a gazului icircn aer iar Xaq fractia sa molara icircn apa intre faza gazoasa şi gazul dizolvat exista un echilibru dynamic Xg Xaq

Legea lui HenryXaq = KPx

icircn care Px este presiunea partiala a gazului K este constanta lui Henry

26

Proprietatile chimice depind de cantitatea de gaze dizolvate de natura mineralogical a rocilor străbătute şi deci de cantitatea de substanţe dizolvată Gazele dizolvate icircn apa sunt

oxigenuldioxidul de carbongazul metanhidrogenul sulfurat

a)Oxigenul dizolvat este cel mai important parametru de calitate al apei racircurilor deoarece are o importanţă vitală pentru ecosistemele acvatice Oxigenul din apa provine fie din aerul atmosferic fie ca produs de fotosinteza Cantitatea de oxigen din apele continentale depinde de cantitatea de vegetatie acvatică existentă de viteza de deplasare a apei şi de viteza de descompunere a organismelor moarte Stratul superficial este mai bogat icircn oxigen Anumite organism pot trăi un timp indelungat cu cantitati mici de oxigen pe cind altele ca de exemplu păstravul care este un organism oxigenofil nu pot trăi decacirct icircn ape de munte cu mult oxigen iarna datorită icircngheţului cantitatea de oxigen scade şi multe organisme mor prin sufocare Concentratia oxigenului dizolvat icircn apa la 25ordmC icircn echilibru cu oxigenul atmospheric este de 832mg l-1 Solubilitatea oxigenului=cantitatea maxima ce se poate dizolva la echilibru la o anumita temperatura Concentratia oxigenului dizolvat care este limitata de viteza de acces a oxigenului şi de alte procese conexe Solubilitatea gazelor variaza invers proportional cu temperatura astfel la 0ordmC este 1474mgl oxigen dizolvat iar la 35ordmC este de 703mgl oxigen dizolvat Oxigenul dizolvat poate fi consumat icircn diferite procese de exemplu icircn respiratie sauprocese degradative şi astfel apa trebuie reaerata

Gradul de oxigenare al apei este influenţat de reaerare (miscarea apei) de presiunea atmosferică de temperatura şi consumul biologic de oxigen

b) Dioxidul de carbon are un caracter acidConcentratia CO2 reactiv este mai dificil de calculat decit concentratia gazelor inerte fata de apa ca O2 N2 deoarece CO2 reactioneaza cu apa Dioxidul de carbon se găseste icircn apă icircn special ca produs de respiraţie se găseste icircn catitate mai mare icircn straturile inferioare ca urmare a proceselor degradative ale substanţelor organice Gazul acumulat icircn straturile superioare este utilizat icircn procesul de fotosinteză de către algele verzi Aerul atmosferic contine aproximativ 0035 icircn volume CO2 care se afla icircn echilibru cu CO2 dizolvat Constanta de aciditate a acidului carbonic este de 2 x 10-3 la 25ordmC deci dacă cantitatea de CO2 este mica el se gaseste sub forma de acid carbonic Acidul carbonic fiind un acid dibazic poate forma doua tipuri de saruri carbonate (CO3)-2 şi bicarbonati (HCO3)-1 Sistemul CO2 (HCO3)-1(CO3)-2 icircn apa contine cu precadere o anumita specie icircn funcţie de valoarea pH-lui astfel

pH mai mic decit 6 icircn apa predomina CO2 neionizat

27

pH cuprins intre 6 şi 10 icircn apele naturale predomina ionul dicarbonat (HCO3)-1

la valori de pH mai mari decit 10 predomina ionul carbonat (CO3)-2

Dioxidul de carbon din apa influenteaza negativ viata animalelor adica respiratia pozitiv viata organismelor autotrofe prin fotosinteza

De asemenea echilibrul carbonat dicarbonat stă la baza dizolvării pietrei de calcar cu formarea grotelor conform mecanismului

c) Substanţe biogene sunt icircn special compusi ai azotului şi fosforului dar şi compusi ai siliciului icircn formă coloidală compusi ai fierului

d) Microelemente sunt toţi ceilalţi ioni care se găsesc icircn concentraţii foarte mici Cu+2 Mn+2 Br-1 I-1 sunt extrem de importanţi icircn dezvoltarea organismelor viiconform legii minimului

Substannţe organice dizolvate (SOD) acizi organici alcooli aldehide cetone esteri eteri compusi aromatici hidraţi de carbon proteine

Se utilizează anumiţi indicatori cum sunt conţinutul icircn carbon organic Corg azot organic Norg fosfor organic Porg consumul chimic de oxigen=cantitatea de oxigen utilizată la oxidarea

substanţelor organice cu permanganat (CCO) consumul biochimic de oxigen (CBO) Apele de suprafaţă conţin icircn general cantităţi mici de substanţe

organice lt01mglProprietatile apei care influenteaza viata

temperatura28

transparentaturbulentaCantitatea de oxigen dizolvata DOCantitatea de oxigen consumata la degradrea biologica a organismelor vii icircn apa BOD-Biochemical Oxigen DemandedCantitatea de dioxid de carbonNutrientiApa este singurul oxid al elementelor din grupele a Va şi a VIa (SO2 NO2 N2O3)care la temperatura de 25degC este lichid datorită legaturilor de hidrogen ce se stabilesc icircntre molecule Asocierea moleculelor de apa reduce gradele de libertate icircn miscarea moleculară

Astfel moleculele de apa au tendinta de a polariza pentru a forma structura tetraedica astfel apa formează dimeri tetrameri etc care structureaza apa Prin urmare pentru a topi sau a fierbe apa este nevoie de mai multa energie care sa conduca la ruperea legaturilor de hidrogen Deoarece apa formeaza structuri tetraedice cu putina tensiune icircn legaturi ea poate sa polimerizeze icircn structuri deschise şi deci mai afinate Lucrul acesta se icircntamplă mai ales atunci cand apa se găseste icircn faza solida (gheaţa) ceea ce face ca gheaţa să fie mai afanată decat apa lichidă şi deci mai usoară Din acest motiv gheaţa pluteste pe apă Dilatarea apei la icircnghet are o importantă crucială pentru viaţă deoarece aceasta se poate dezvolta icircn apa sub gheata care stă deasupra Apa are caldură masică mare precum şi conductivitate termica mare ceea ce face ca ea sa funcţioneze ca depozit de caldură icircn organismele vii şi să stabilizeze temperatura mediului Caldura masica a apei este101(calg) fata de H2SO4-033 (calg)sau glicerina 0047 (calg)

Conductivitatea termica (g x cal x s-1 x cm2) a H2O20ordmC la un gradient de temperature de 1oC cm are valoarea de 00014 fata de vata de bumbac-000004 pluta-00001 Cu-100 sau sticla-00025Caldura de vaporizare a apei este cea mai mare dintre toate substanţele natural cunoscute (538 calg la 100oC) Acest lucru face ca apa sa fie cel mai bun răcitor iar fiinţele vii folosesc pe scara largă acest mecanism de răcireTensiunea superficiala a apei este şi ea foarte ridicat (72 dynecm) din această cauză compusii biocimici tensioactivi importanti pentru biologie tind să scadă tensiunea superficiala a apei şi icircn felul acesta sa se concentreze icircn apropierea suprafetei accelerand astfel reactiile biochimiceValoarea mare a constantei dielectrice a apei (81 fata de εo vid =1) permite apei sa disocieze moleculele polare (cristale ionice NaCl) icircn ionii constituenti Rezultatul este solubilitatea mare a sarurilor icircn apa Constanta dielectrica mare permite disocierea insasi a moleculei de apa

H2Oharr[H+]+[OH-][H+]=[OH-]=10-7ioni grL-1

29

Aceasta face ca speciile de ioni liberi icircn apa sa fie H2OH+ =[H3O]+ ionul de hidroniu şi[OH-] ceea ce permite o mare mobilitate a acestor ioni şi icircn consecinta o conductive electrica marita a apei Aceasta va permite şi o crestere a vitezei de reactie

Prin legaturile de hidrogen se creeaza retele de transport rapid prin lichid a ionilor [H+] şi [OH-] astfel incat o schimbare rapida a pH-ului se transmite cu mare viteza icircn toata solutiaStructura semicristalina a apei datorata puntilor de hidrogen are un efect neobisnuit asupra solventilor nepolari şi asupra gruparilor nepolare laterale ale ale polimerilor organici

La introducerea apei intr-un solvent nepolar reteaua de legaturi dehidrogen se aranjaza icircn asa fel incit perturbarea legaturii sa fie cit mai mica Efectul acestei oreintari se concretizeaza icircn inchiderea moleculei intr-o cusca de solvatare astfel incit nu se realizeaza nici un fel de legatura intre apa şi solvent ci numai legaturi intre moleculele compusului nepolar Acest tip de legatura se numesc hidrofoba sau efect hidrofob Acest efect este deosebit de important icircn biologie icircn ceea ce priveste formarea enzimelor care contin grupari hidrofobe şi hidrofile grefate pe macromolecule Gruparile hidrofobe definesc precis forma enzimei Moleculele care contin grupari hidrofile (care se dizolva icircn apa) şi hidrofobe (care nu se dizolva icircn apa) isi pot izola fata de apa portiunile hidrofobe prin autoagregare Produsii agregării se numesc micelii coloidale şi reprezintă primul pas spre formarea membranelor biologice

Datorită diferenţelor de electronegativitate dintre atomii de oxigen şi hidrogen molecula apei este puternic polarizata apa este un solvent polar şi dizolva un numar foarte mare de compusi ale caror molecule sunt formate prin legatura ionica sau covalent polara

Particule icircn suspensieParticulele icircn suspensie sedimentează icircn funcţie de dimensiunea lor

cele cu dimensiuni mai mici de 10 μm au viteze de sedimentare foarte mici (sub 001cmsec) şi se distribuie relativ omogen icircn toată apa la la fluxuri convective slabe Pariculele sedimentabile sunt icircn general formate dintr-un nucleu mineral de regulă dioxid de siliciu sau carbonat de calciu icircnconjurat de un strat organic de compoziţie variabilă De asemenea icircn apele naturale se găseste o cantitate icircnsemnată de microorganisme aflate icircntr-un echilibru dinamic cu mediu icircnconjurător Prin urmare apa naturală este un sistem multicomponent heterogen de tip deschis adică realizează schimb de materie şi energie cu mediul Algele microscopice aflate icircn suspensie formează fitoplanctonul Există peste 30000 de tipuri de alge care influenţează foarte puternic calitatea apei Biomasa bruta a fitoplanctonului din oceanul planetar este de 109 tone icircn timp ce productia de substanţă organica este de aproximativ 4x1011 tonean Bacteriile prelucreza substanţa organica obţinută prin fotosinteză picircnă la stadiul la care ea poate fi asimilată de alte organisme numite filtratori Acestia cum ar fi o specie de raci inferiori filtreză picircnă la 100mlhmg masă brută

30

middot

22 Poluarea şi protectia apei221 Poluarea apei

Prin poluarea apelor se intelege degradarea proprietatilor fizice şi chimice ale acestora Poluarea apelor este un fenomen de mare actualitate cu efecte nocive asupra vietii oamenilor şi organismelor acvatice De aceea o serie de organisme internationale prevad o serie de legi pentru prevenirea pericolelor de poluare Se interzice icircn primul rand deversarea oricaror reziduuri petroliere şi radioactive icircn apele internationale şi ale raurilor

Poluarea apelor la nivel global a cunoscut o crestere semnificativa mai ales icircn ultimele decenii ca urmare a cresterii numarului de locuitori ai planetei dezvoltarii sociale şi industriale corelate cu lipsa unor masuri adecvate de protectie a diferitelor categorii de ape Din acest motiv uneori poluarea apelor mai ales icircn zonele cu deficit hidrologic nu mai este numai o problematica legata strict de protectia mediului avand implicatii sociale economice şi chiar politice Din acest punct de vedere poluarea surselor de apa potabila sau cu folosinta agricola şi degradarea cestor categorii de ape este un aspect stringent a vietii contemporane

Sursele de poluare a apelor pot fi clasificate icircn mai multe moduri Exista surse de poluare naturala a apelor asa cum exista surse antropice (artificiale) Icircn cadrul ultimei categorii se poate aminti de surse de poluare organizate al caror efect poluant este facilitat de existenta unor instalatii construite specia pentru evacuarea apelor uzate din localitatile urbane divers 757d34h e industrii zootehnie etc precum şi de surse neorganizate care determina de exemplu poluarea apelor din zonele rurale locuite sau localitatile fara sisteme de canalizare şi drenaj al apelor uzate

Icircn funcţie de perioada de timp activa a diverselor surse de poluare se pot aminti

surse de poluare permanentesurse de poluare cu funcţionare intermitenta sau sezonalasurse de poluare accidentala

31

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Troposfera marina reprezinta stratul superior -puternic influentat de curentii verticali şi de valuricea mai mare parte din energia solara este absorbita de acest strat

Ca urmare a proceselor de evaporare acest strat este mai concentrate icircn saruri minerale devine mai dens coboara sunt generati curentii verticali Icircn ceea ce priveste influenta latitudinii la poli apa oceanului planetar are valoarea temperaturii de 0oC iar temperatura maxima de 35oC se atinge icircn Marea Rosie şi Golful Mexic

Termoclina este stratul intermediar de pina la 1500m adincime icircn

care temperatura scade lent Stratul profund are temperatura relativ constanta Icircn Marea

Rosietemperatura apei icircn profunzime este de 4ordmC Din această cauză Marea Rosieeste caracterizată de biocenoze extrem de variate ca forme de viaŢă de lasuprafaţă pacircnă la fund

Presiunea hidrostatica creste de la suprafata spre fund la fiecare 10m cu un barCurenţii maritimi prin actiunea mecanica a valurilor influenteaza biosfera marinăCompoziţia chimica Apa oceanului planetar este o soluţie relativ concentrată icircn săruri minerale Distribuţia conţiutului de săruri este icircn medie

o 80NaCl o 10MgCl2 o 4MgSO4 o 34CaSO4 o saruri de potasiu 2 o urme de Siliciu Iod Brom Argint

pH-ul este relativ constant aproximativ egal cu 82

Proprietatile fizico-chimice ale apelor continentale se deosebesc de cele ale apelor marine şi sunt influentate de factorii climatici zonali

Densitatea şi viscozitatea apei influenteaza miscarea organismelor icircn mediu acvatic Plutirea este direct influentata de aceste doua proprietati şi acolo unde apele sunt mai dense au aparut modificări morfofuncţionale

ca apariţia formei plate sau vezica plină cu aer care modifica suprafata de contact a organismului cu apa (icircn general o măresc) şi scad greutatea specificasuprafaţa corpului este mărită de apariţia unor apendici cum ar fi microcrustacei alge iar scaderea grutatii specifice de vezicule

25

cu gaze icircn corpul animalelor care ajuta la plutire de exemplu la pesti

Curentii de apa mijlocesc raspindirea vietuitoarelor Astfel icircn apele de munte repezi şi puternic oxigenate traiesc vietuitoare numite reophile (rheos=curent philos iubitor) pesti foarte buni innotatori care au corpul fuziform şi muschi puternici Alte animale s-au adaptat curentilor repezi fixindu-se pe un substrat prin ventuze cirlige sau mucus cleiosTemperatura apelor continentale variază icircn limite foarte largi de la valori minime de 0ordmC la izvor şi pina la 90ordmC icircn apele termaleTransparenta şi luminozitatea sunt variate şi influentate de grosimea stratului de apa de compozitia chimică de densitatea planctonului şi de anotimp

vara transparenta este mult mai mica fata de iarna este minima icircn luna iunie şi maxima icircn decembrie

transparenta maxima o are lacul Geneva icircn care razele soarelui patrund pina la adincimea de 200m urmat de lacul Baikal cu apa transparenta pina la 40m

Icircn circuitul său natural apa intră icircn contact cu gaze substanţe minerale substanţe organice pe care le dizolvă icircn diferite proporţii icircn funcţie de natura şi de produsii de solubilitate ai acestora formand soluţii mai mult sau mai puţin concentrate Partea chimiei care se ocupă cu studiul apelor naturale se numeste hidrochimie Componenţii chimici ai apelor naturale se clasifică icircn următoarele grupe Macrocomponeneţii apei sunt ionii care găsesc icircn apă icircn concentraţii mari Ca+2 Mg+2 K+1 Na+1 Cl-1 SO-2 HCO3 CO-23 Concentraţia ecestor elemente icircn apele de suprafaţă variază icircn limite foarte largi icircn stransă dependenţă de natura geologicochimică a rocilor cu care vin icircn contact Apele mărilor şi oceanelor sunt soluţii mult mai concentrate dar a căror compoziţie este relative constantă

Gaze dizolvate O2 CO2 H2S CH4 N2 Concentraţia acestora icircn apa este icircn funcţie de valoarea constantei lui Henry

214 Gazele icircn apa naturala

Solubilitaea gazelor icircn apa se calculeaza cu Legea lui Henry care arata ca solubilitatea unui gaz intr-un lichid este proportionala cu presiunea partiala a gazului icircn contact cu lichidul

Fie un gaz aflat icircn contact cu apa şi Xg fractia molara a gazului icircn aer iar Xaq fractia sa molara icircn apa intre faza gazoasa şi gazul dizolvat exista un echilibru dynamic Xg Xaq

Legea lui HenryXaq = KPx

icircn care Px este presiunea partiala a gazului K este constanta lui Henry

26

Proprietatile chimice depind de cantitatea de gaze dizolvate de natura mineralogical a rocilor străbătute şi deci de cantitatea de substanţe dizolvată Gazele dizolvate icircn apa sunt

oxigenuldioxidul de carbongazul metanhidrogenul sulfurat

a)Oxigenul dizolvat este cel mai important parametru de calitate al apei racircurilor deoarece are o importanţă vitală pentru ecosistemele acvatice Oxigenul din apa provine fie din aerul atmosferic fie ca produs de fotosinteza Cantitatea de oxigen din apele continentale depinde de cantitatea de vegetatie acvatică existentă de viteza de deplasare a apei şi de viteza de descompunere a organismelor moarte Stratul superficial este mai bogat icircn oxigen Anumite organism pot trăi un timp indelungat cu cantitati mici de oxigen pe cind altele ca de exemplu păstravul care este un organism oxigenofil nu pot trăi decacirct icircn ape de munte cu mult oxigen iarna datorită icircngheţului cantitatea de oxigen scade şi multe organisme mor prin sufocare Concentratia oxigenului dizolvat icircn apa la 25ordmC icircn echilibru cu oxigenul atmospheric este de 832mg l-1 Solubilitatea oxigenului=cantitatea maxima ce se poate dizolva la echilibru la o anumita temperatura Concentratia oxigenului dizolvat care este limitata de viteza de acces a oxigenului şi de alte procese conexe Solubilitatea gazelor variaza invers proportional cu temperatura astfel la 0ordmC este 1474mgl oxigen dizolvat iar la 35ordmC este de 703mgl oxigen dizolvat Oxigenul dizolvat poate fi consumat icircn diferite procese de exemplu icircn respiratie sauprocese degradative şi astfel apa trebuie reaerata

Gradul de oxigenare al apei este influenţat de reaerare (miscarea apei) de presiunea atmosferică de temperatura şi consumul biologic de oxigen

b) Dioxidul de carbon are un caracter acidConcentratia CO2 reactiv este mai dificil de calculat decit concentratia gazelor inerte fata de apa ca O2 N2 deoarece CO2 reactioneaza cu apa Dioxidul de carbon se găseste icircn apă icircn special ca produs de respiraţie se găseste icircn catitate mai mare icircn straturile inferioare ca urmare a proceselor degradative ale substanţelor organice Gazul acumulat icircn straturile superioare este utilizat icircn procesul de fotosinteză de către algele verzi Aerul atmosferic contine aproximativ 0035 icircn volume CO2 care se afla icircn echilibru cu CO2 dizolvat Constanta de aciditate a acidului carbonic este de 2 x 10-3 la 25ordmC deci dacă cantitatea de CO2 este mica el se gaseste sub forma de acid carbonic Acidul carbonic fiind un acid dibazic poate forma doua tipuri de saruri carbonate (CO3)-2 şi bicarbonati (HCO3)-1 Sistemul CO2 (HCO3)-1(CO3)-2 icircn apa contine cu precadere o anumita specie icircn funcţie de valoarea pH-lui astfel

pH mai mic decit 6 icircn apa predomina CO2 neionizat

27

pH cuprins intre 6 şi 10 icircn apele naturale predomina ionul dicarbonat (HCO3)-1

la valori de pH mai mari decit 10 predomina ionul carbonat (CO3)-2

Dioxidul de carbon din apa influenteaza negativ viata animalelor adica respiratia pozitiv viata organismelor autotrofe prin fotosinteza

De asemenea echilibrul carbonat dicarbonat stă la baza dizolvării pietrei de calcar cu formarea grotelor conform mecanismului

c) Substanţe biogene sunt icircn special compusi ai azotului şi fosforului dar şi compusi ai siliciului icircn formă coloidală compusi ai fierului

d) Microelemente sunt toţi ceilalţi ioni care se găsesc icircn concentraţii foarte mici Cu+2 Mn+2 Br-1 I-1 sunt extrem de importanţi icircn dezvoltarea organismelor viiconform legii minimului

Substannţe organice dizolvate (SOD) acizi organici alcooli aldehide cetone esteri eteri compusi aromatici hidraţi de carbon proteine

Se utilizează anumiţi indicatori cum sunt conţinutul icircn carbon organic Corg azot organic Norg fosfor organic Porg consumul chimic de oxigen=cantitatea de oxigen utilizată la oxidarea

substanţelor organice cu permanganat (CCO) consumul biochimic de oxigen (CBO) Apele de suprafaţă conţin icircn general cantităţi mici de substanţe

organice lt01mglProprietatile apei care influenteaza viata

temperatura28

transparentaturbulentaCantitatea de oxigen dizolvata DOCantitatea de oxigen consumata la degradrea biologica a organismelor vii icircn apa BOD-Biochemical Oxigen DemandedCantitatea de dioxid de carbonNutrientiApa este singurul oxid al elementelor din grupele a Va şi a VIa (SO2 NO2 N2O3)care la temperatura de 25degC este lichid datorită legaturilor de hidrogen ce se stabilesc icircntre molecule Asocierea moleculelor de apa reduce gradele de libertate icircn miscarea moleculară

Astfel moleculele de apa au tendinta de a polariza pentru a forma structura tetraedica astfel apa formează dimeri tetrameri etc care structureaza apa Prin urmare pentru a topi sau a fierbe apa este nevoie de mai multa energie care sa conduca la ruperea legaturilor de hidrogen Deoarece apa formeaza structuri tetraedice cu putina tensiune icircn legaturi ea poate sa polimerizeze icircn structuri deschise şi deci mai afinate Lucrul acesta se icircntamplă mai ales atunci cand apa se găseste icircn faza solida (gheaţa) ceea ce face ca gheaţa să fie mai afanată decat apa lichidă şi deci mai usoară Din acest motiv gheaţa pluteste pe apă Dilatarea apei la icircnghet are o importantă crucială pentru viaţă deoarece aceasta se poate dezvolta icircn apa sub gheata care stă deasupra Apa are caldură masică mare precum şi conductivitate termica mare ceea ce face ca ea sa funcţioneze ca depozit de caldură icircn organismele vii şi să stabilizeze temperatura mediului Caldura masica a apei este101(calg) fata de H2SO4-033 (calg)sau glicerina 0047 (calg)

Conductivitatea termica (g x cal x s-1 x cm2) a H2O20ordmC la un gradient de temperature de 1oC cm are valoarea de 00014 fata de vata de bumbac-000004 pluta-00001 Cu-100 sau sticla-00025Caldura de vaporizare a apei este cea mai mare dintre toate substanţele natural cunoscute (538 calg la 100oC) Acest lucru face ca apa sa fie cel mai bun răcitor iar fiinţele vii folosesc pe scara largă acest mecanism de răcireTensiunea superficiala a apei este şi ea foarte ridicat (72 dynecm) din această cauză compusii biocimici tensioactivi importanti pentru biologie tind să scadă tensiunea superficiala a apei şi icircn felul acesta sa se concentreze icircn apropierea suprafetei accelerand astfel reactiile biochimiceValoarea mare a constantei dielectrice a apei (81 fata de εo vid =1) permite apei sa disocieze moleculele polare (cristale ionice NaCl) icircn ionii constituenti Rezultatul este solubilitatea mare a sarurilor icircn apa Constanta dielectrica mare permite disocierea insasi a moleculei de apa

H2Oharr[H+]+[OH-][H+]=[OH-]=10-7ioni grL-1

29

Aceasta face ca speciile de ioni liberi icircn apa sa fie H2OH+ =[H3O]+ ionul de hidroniu şi[OH-] ceea ce permite o mare mobilitate a acestor ioni şi icircn consecinta o conductive electrica marita a apei Aceasta va permite şi o crestere a vitezei de reactie

Prin legaturile de hidrogen se creeaza retele de transport rapid prin lichid a ionilor [H+] şi [OH-] astfel incat o schimbare rapida a pH-ului se transmite cu mare viteza icircn toata solutiaStructura semicristalina a apei datorata puntilor de hidrogen are un efect neobisnuit asupra solventilor nepolari şi asupra gruparilor nepolare laterale ale ale polimerilor organici

La introducerea apei intr-un solvent nepolar reteaua de legaturi dehidrogen se aranjaza icircn asa fel incit perturbarea legaturii sa fie cit mai mica Efectul acestei oreintari se concretizeaza icircn inchiderea moleculei intr-o cusca de solvatare astfel incit nu se realizeaza nici un fel de legatura intre apa şi solvent ci numai legaturi intre moleculele compusului nepolar Acest tip de legatura se numesc hidrofoba sau efect hidrofob Acest efect este deosebit de important icircn biologie icircn ceea ce priveste formarea enzimelor care contin grupari hidrofobe şi hidrofile grefate pe macromolecule Gruparile hidrofobe definesc precis forma enzimei Moleculele care contin grupari hidrofile (care se dizolva icircn apa) şi hidrofobe (care nu se dizolva icircn apa) isi pot izola fata de apa portiunile hidrofobe prin autoagregare Produsii agregării se numesc micelii coloidale şi reprezintă primul pas spre formarea membranelor biologice

Datorită diferenţelor de electronegativitate dintre atomii de oxigen şi hidrogen molecula apei este puternic polarizata apa este un solvent polar şi dizolva un numar foarte mare de compusi ale caror molecule sunt formate prin legatura ionica sau covalent polara

Particule icircn suspensieParticulele icircn suspensie sedimentează icircn funcţie de dimensiunea lor

cele cu dimensiuni mai mici de 10 μm au viteze de sedimentare foarte mici (sub 001cmsec) şi se distribuie relativ omogen icircn toată apa la la fluxuri convective slabe Pariculele sedimentabile sunt icircn general formate dintr-un nucleu mineral de regulă dioxid de siliciu sau carbonat de calciu icircnconjurat de un strat organic de compoziţie variabilă De asemenea icircn apele naturale se găseste o cantitate icircnsemnată de microorganisme aflate icircntr-un echilibru dinamic cu mediu icircnconjurător Prin urmare apa naturală este un sistem multicomponent heterogen de tip deschis adică realizează schimb de materie şi energie cu mediul Algele microscopice aflate icircn suspensie formează fitoplanctonul Există peste 30000 de tipuri de alge care influenţează foarte puternic calitatea apei Biomasa bruta a fitoplanctonului din oceanul planetar este de 109 tone icircn timp ce productia de substanţă organica este de aproximativ 4x1011 tonean Bacteriile prelucreza substanţa organica obţinută prin fotosinteză picircnă la stadiul la care ea poate fi asimilată de alte organisme numite filtratori Acestia cum ar fi o specie de raci inferiori filtreză picircnă la 100mlhmg masă brută

30

middot

22 Poluarea şi protectia apei221 Poluarea apei

Prin poluarea apelor se intelege degradarea proprietatilor fizice şi chimice ale acestora Poluarea apelor este un fenomen de mare actualitate cu efecte nocive asupra vietii oamenilor şi organismelor acvatice De aceea o serie de organisme internationale prevad o serie de legi pentru prevenirea pericolelor de poluare Se interzice icircn primul rand deversarea oricaror reziduuri petroliere şi radioactive icircn apele internationale şi ale raurilor

Poluarea apelor la nivel global a cunoscut o crestere semnificativa mai ales icircn ultimele decenii ca urmare a cresterii numarului de locuitori ai planetei dezvoltarii sociale şi industriale corelate cu lipsa unor masuri adecvate de protectie a diferitelor categorii de ape Din acest motiv uneori poluarea apelor mai ales icircn zonele cu deficit hidrologic nu mai este numai o problematica legata strict de protectia mediului avand implicatii sociale economice şi chiar politice Din acest punct de vedere poluarea surselor de apa potabila sau cu folosinta agricola şi degradarea cestor categorii de ape este un aspect stringent a vietii contemporane

Sursele de poluare a apelor pot fi clasificate icircn mai multe moduri Exista surse de poluare naturala a apelor asa cum exista surse antropice (artificiale) Icircn cadrul ultimei categorii se poate aminti de surse de poluare organizate al caror efect poluant este facilitat de existenta unor instalatii construite specia pentru evacuarea apelor uzate din localitatile urbane divers 757d34h e industrii zootehnie etc precum şi de surse neorganizate care determina de exemplu poluarea apelor din zonele rurale locuite sau localitatile fara sisteme de canalizare şi drenaj al apelor uzate

Icircn funcţie de perioada de timp activa a diverselor surse de poluare se pot aminti

surse de poluare permanentesurse de poluare cu funcţionare intermitenta sau sezonalasurse de poluare accidentala

31

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

cu gaze icircn corpul animalelor care ajuta la plutire de exemplu la pesti

Curentii de apa mijlocesc raspindirea vietuitoarelor Astfel icircn apele de munte repezi şi puternic oxigenate traiesc vietuitoare numite reophile (rheos=curent philos iubitor) pesti foarte buni innotatori care au corpul fuziform şi muschi puternici Alte animale s-au adaptat curentilor repezi fixindu-se pe un substrat prin ventuze cirlige sau mucus cleiosTemperatura apelor continentale variază icircn limite foarte largi de la valori minime de 0ordmC la izvor şi pina la 90ordmC icircn apele termaleTransparenta şi luminozitatea sunt variate şi influentate de grosimea stratului de apa de compozitia chimică de densitatea planctonului şi de anotimp

vara transparenta este mult mai mica fata de iarna este minima icircn luna iunie şi maxima icircn decembrie

transparenta maxima o are lacul Geneva icircn care razele soarelui patrund pina la adincimea de 200m urmat de lacul Baikal cu apa transparenta pina la 40m

Icircn circuitul său natural apa intră icircn contact cu gaze substanţe minerale substanţe organice pe care le dizolvă icircn diferite proporţii icircn funcţie de natura şi de produsii de solubilitate ai acestora formand soluţii mai mult sau mai puţin concentrate Partea chimiei care se ocupă cu studiul apelor naturale se numeste hidrochimie Componenţii chimici ai apelor naturale se clasifică icircn următoarele grupe Macrocomponeneţii apei sunt ionii care găsesc icircn apă icircn concentraţii mari Ca+2 Mg+2 K+1 Na+1 Cl-1 SO-2 HCO3 CO-23 Concentraţia ecestor elemente icircn apele de suprafaţă variază icircn limite foarte largi icircn stransă dependenţă de natura geologicochimică a rocilor cu care vin icircn contact Apele mărilor şi oceanelor sunt soluţii mult mai concentrate dar a căror compoziţie este relative constantă

Gaze dizolvate O2 CO2 H2S CH4 N2 Concentraţia acestora icircn apa este icircn funcţie de valoarea constantei lui Henry

214 Gazele icircn apa naturala

Solubilitaea gazelor icircn apa se calculeaza cu Legea lui Henry care arata ca solubilitatea unui gaz intr-un lichid este proportionala cu presiunea partiala a gazului icircn contact cu lichidul

Fie un gaz aflat icircn contact cu apa şi Xg fractia molara a gazului icircn aer iar Xaq fractia sa molara icircn apa intre faza gazoasa şi gazul dizolvat exista un echilibru dynamic Xg Xaq

Legea lui HenryXaq = KPx

icircn care Px este presiunea partiala a gazului K este constanta lui Henry

26

Proprietatile chimice depind de cantitatea de gaze dizolvate de natura mineralogical a rocilor străbătute şi deci de cantitatea de substanţe dizolvată Gazele dizolvate icircn apa sunt

oxigenuldioxidul de carbongazul metanhidrogenul sulfurat

a)Oxigenul dizolvat este cel mai important parametru de calitate al apei racircurilor deoarece are o importanţă vitală pentru ecosistemele acvatice Oxigenul din apa provine fie din aerul atmosferic fie ca produs de fotosinteza Cantitatea de oxigen din apele continentale depinde de cantitatea de vegetatie acvatică existentă de viteza de deplasare a apei şi de viteza de descompunere a organismelor moarte Stratul superficial este mai bogat icircn oxigen Anumite organism pot trăi un timp indelungat cu cantitati mici de oxigen pe cind altele ca de exemplu păstravul care este un organism oxigenofil nu pot trăi decacirct icircn ape de munte cu mult oxigen iarna datorită icircngheţului cantitatea de oxigen scade şi multe organisme mor prin sufocare Concentratia oxigenului dizolvat icircn apa la 25ordmC icircn echilibru cu oxigenul atmospheric este de 832mg l-1 Solubilitatea oxigenului=cantitatea maxima ce se poate dizolva la echilibru la o anumita temperatura Concentratia oxigenului dizolvat care este limitata de viteza de acces a oxigenului şi de alte procese conexe Solubilitatea gazelor variaza invers proportional cu temperatura astfel la 0ordmC este 1474mgl oxigen dizolvat iar la 35ordmC este de 703mgl oxigen dizolvat Oxigenul dizolvat poate fi consumat icircn diferite procese de exemplu icircn respiratie sauprocese degradative şi astfel apa trebuie reaerata

Gradul de oxigenare al apei este influenţat de reaerare (miscarea apei) de presiunea atmosferică de temperatura şi consumul biologic de oxigen

b) Dioxidul de carbon are un caracter acidConcentratia CO2 reactiv este mai dificil de calculat decit concentratia gazelor inerte fata de apa ca O2 N2 deoarece CO2 reactioneaza cu apa Dioxidul de carbon se găseste icircn apă icircn special ca produs de respiraţie se găseste icircn catitate mai mare icircn straturile inferioare ca urmare a proceselor degradative ale substanţelor organice Gazul acumulat icircn straturile superioare este utilizat icircn procesul de fotosinteză de către algele verzi Aerul atmosferic contine aproximativ 0035 icircn volume CO2 care se afla icircn echilibru cu CO2 dizolvat Constanta de aciditate a acidului carbonic este de 2 x 10-3 la 25ordmC deci dacă cantitatea de CO2 este mica el se gaseste sub forma de acid carbonic Acidul carbonic fiind un acid dibazic poate forma doua tipuri de saruri carbonate (CO3)-2 şi bicarbonati (HCO3)-1 Sistemul CO2 (HCO3)-1(CO3)-2 icircn apa contine cu precadere o anumita specie icircn funcţie de valoarea pH-lui astfel

pH mai mic decit 6 icircn apa predomina CO2 neionizat

27

pH cuprins intre 6 şi 10 icircn apele naturale predomina ionul dicarbonat (HCO3)-1

la valori de pH mai mari decit 10 predomina ionul carbonat (CO3)-2

Dioxidul de carbon din apa influenteaza negativ viata animalelor adica respiratia pozitiv viata organismelor autotrofe prin fotosinteza

De asemenea echilibrul carbonat dicarbonat stă la baza dizolvării pietrei de calcar cu formarea grotelor conform mecanismului

c) Substanţe biogene sunt icircn special compusi ai azotului şi fosforului dar şi compusi ai siliciului icircn formă coloidală compusi ai fierului

d) Microelemente sunt toţi ceilalţi ioni care se găsesc icircn concentraţii foarte mici Cu+2 Mn+2 Br-1 I-1 sunt extrem de importanţi icircn dezvoltarea organismelor viiconform legii minimului

Substannţe organice dizolvate (SOD) acizi organici alcooli aldehide cetone esteri eteri compusi aromatici hidraţi de carbon proteine

Se utilizează anumiţi indicatori cum sunt conţinutul icircn carbon organic Corg azot organic Norg fosfor organic Porg consumul chimic de oxigen=cantitatea de oxigen utilizată la oxidarea

substanţelor organice cu permanganat (CCO) consumul biochimic de oxigen (CBO) Apele de suprafaţă conţin icircn general cantităţi mici de substanţe

organice lt01mglProprietatile apei care influenteaza viata

temperatura28

transparentaturbulentaCantitatea de oxigen dizolvata DOCantitatea de oxigen consumata la degradrea biologica a organismelor vii icircn apa BOD-Biochemical Oxigen DemandedCantitatea de dioxid de carbonNutrientiApa este singurul oxid al elementelor din grupele a Va şi a VIa (SO2 NO2 N2O3)care la temperatura de 25degC este lichid datorită legaturilor de hidrogen ce se stabilesc icircntre molecule Asocierea moleculelor de apa reduce gradele de libertate icircn miscarea moleculară

Astfel moleculele de apa au tendinta de a polariza pentru a forma structura tetraedica astfel apa formează dimeri tetrameri etc care structureaza apa Prin urmare pentru a topi sau a fierbe apa este nevoie de mai multa energie care sa conduca la ruperea legaturilor de hidrogen Deoarece apa formeaza structuri tetraedice cu putina tensiune icircn legaturi ea poate sa polimerizeze icircn structuri deschise şi deci mai afinate Lucrul acesta se icircntamplă mai ales atunci cand apa se găseste icircn faza solida (gheaţa) ceea ce face ca gheaţa să fie mai afanată decat apa lichidă şi deci mai usoară Din acest motiv gheaţa pluteste pe apă Dilatarea apei la icircnghet are o importantă crucială pentru viaţă deoarece aceasta se poate dezvolta icircn apa sub gheata care stă deasupra Apa are caldură masică mare precum şi conductivitate termica mare ceea ce face ca ea sa funcţioneze ca depozit de caldură icircn organismele vii şi să stabilizeze temperatura mediului Caldura masica a apei este101(calg) fata de H2SO4-033 (calg)sau glicerina 0047 (calg)

Conductivitatea termica (g x cal x s-1 x cm2) a H2O20ordmC la un gradient de temperature de 1oC cm are valoarea de 00014 fata de vata de bumbac-000004 pluta-00001 Cu-100 sau sticla-00025Caldura de vaporizare a apei este cea mai mare dintre toate substanţele natural cunoscute (538 calg la 100oC) Acest lucru face ca apa sa fie cel mai bun răcitor iar fiinţele vii folosesc pe scara largă acest mecanism de răcireTensiunea superficiala a apei este şi ea foarte ridicat (72 dynecm) din această cauză compusii biocimici tensioactivi importanti pentru biologie tind să scadă tensiunea superficiala a apei şi icircn felul acesta sa se concentreze icircn apropierea suprafetei accelerand astfel reactiile biochimiceValoarea mare a constantei dielectrice a apei (81 fata de εo vid =1) permite apei sa disocieze moleculele polare (cristale ionice NaCl) icircn ionii constituenti Rezultatul este solubilitatea mare a sarurilor icircn apa Constanta dielectrica mare permite disocierea insasi a moleculei de apa

H2Oharr[H+]+[OH-][H+]=[OH-]=10-7ioni grL-1

29

Aceasta face ca speciile de ioni liberi icircn apa sa fie H2OH+ =[H3O]+ ionul de hidroniu şi[OH-] ceea ce permite o mare mobilitate a acestor ioni şi icircn consecinta o conductive electrica marita a apei Aceasta va permite şi o crestere a vitezei de reactie

Prin legaturile de hidrogen se creeaza retele de transport rapid prin lichid a ionilor [H+] şi [OH-] astfel incat o schimbare rapida a pH-ului se transmite cu mare viteza icircn toata solutiaStructura semicristalina a apei datorata puntilor de hidrogen are un efect neobisnuit asupra solventilor nepolari şi asupra gruparilor nepolare laterale ale ale polimerilor organici

La introducerea apei intr-un solvent nepolar reteaua de legaturi dehidrogen se aranjaza icircn asa fel incit perturbarea legaturii sa fie cit mai mica Efectul acestei oreintari se concretizeaza icircn inchiderea moleculei intr-o cusca de solvatare astfel incit nu se realizeaza nici un fel de legatura intre apa şi solvent ci numai legaturi intre moleculele compusului nepolar Acest tip de legatura se numesc hidrofoba sau efect hidrofob Acest efect este deosebit de important icircn biologie icircn ceea ce priveste formarea enzimelor care contin grupari hidrofobe şi hidrofile grefate pe macromolecule Gruparile hidrofobe definesc precis forma enzimei Moleculele care contin grupari hidrofile (care se dizolva icircn apa) şi hidrofobe (care nu se dizolva icircn apa) isi pot izola fata de apa portiunile hidrofobe prin autoagregare Produsii agregării se numesc micelii coloidale şi reprezintă primul pas spre formarea membranelor biologice

Datorită diferenţelor de electronegativitate dintre atomii de oxigen şi hidrogen molecula apei este puternic polarizata apa este un solvent polar şi dizolva un numar foarte mare de compusi ale caror molecule sunt formate prin legatura ionica sau covalent polara

Particule icircn suspensieParticulele icircn suspensie sedimentează icircn funcţie de dimensiunea lor

cele cu dimensiuni mai mici de 10 μm au viteze de sedimentare foarte mici (sub 001cmsec) şi se distribuie relativ omogen icircn toată apa la la fluxuri convective slabe Pariculele sedimentabile sunt icircn general formate dintr-un nucleu mineral de regulă dioxid de siliciu sau carbonat de calciu icircnconjurat de un strat organic de compoziţie variabilă De asemenea icircn apele naturale se găseste o cantitate icircnsemnată de microorganisme aflate icircntr-un echilibru dinamic cu mediu icircnconjurător Prin urmare apa naturală este un sistem multicomponent heterogen de tip deschis adică realizează schimb de materie şi energie cu mediul Algele microscopice aflate icircn suspensie formează fitoplanctonul Există peste 30000 de tipuri de alge care influenţează foarte puternic calitatea apei Biomasa bruta a fitoplanctonului din oceanul planetar este de 109 tone icircn timp ce productia de substanţă organica este de aproximativ 4x1011 tonean Bacteriile prelucreza substanţa organica obţinută prin fotosinteză picircnă la stadiul la care ea poate fi asimilată de alte organisme numite filtratori Acestia cum ar fi o specie de raci inferiori filtreză picircnă la 100mlhmg masă brută

30

middot

22 Poluarea şi protectia apei221 Poluarea apei

Prin poluarea apelor se intelege degradarea proprietatilor fizice şi chimice ale acestora Poluarea apelor este un fenomen de mare actualitate cu efecte nocive asupra vietii oamenilor şi organismelor acvatice De aceea o serie de organisme internationale prevad o serie de legi pentru prevenirea pericolelor de poluare Se interzice icircn primul rand deversarea oricaror reziduuri petroliere şi radioactive icircn apele internationale şi ale raurilor

Poluarea apelor la nivel global a cunoscut o crestere semnificativa mai ales icircn ultimele decenii ca urmare a cresterii numarului de locuitori ai planetei dezvoltarii sociale şi industriale corelate cu lipsa unor masuri adecvate de protectie a diferitelor categorii de ape Din acest motiv uneori poluarea apelor mai ales icircn zonele cu deficit hidrologic nu mai este numai o problematica legata strict de protectia mediului avand implicatii sociale economice şi chiar politice Din acest punct de vedere poluarea surselor de apa potabila sau cu folosinta agricola şi degradarea cestor categorii de ape este un aspect stringent a vietii contemporane

Sursele de poluare a apelor pot fi clasificate icircn mai multe moduri Exista surse de poluare naturala a apelor asa cum exista surse antropice (artificiale) Icircn cadrul ultimei categorii se poate aminti de surse de poluare organizate al caror efect poluant este facilitat de existenta unor instalatii construite specia pentru evacuarea apelor uzate din localitatile urbane divers 757d34h e industrii zootehnie etc precum şi de surse neorganizate care determina de exemplu poluarea apelor din zonele rurale locuite sau localitatile fara sisteme de canalizare şi drenaj al apelor uzate

Icircn funcţie de perioada de timp activa a diverselor surse de poluare se pot aminti

surse de poluare permanentesurse de poluare cu funcţionare intermitenta sau sezonalasurse de poluare accidentala

31

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Proprietatile chimice depind de cantitatea de gaze dizolvate de natura mineralogical a rocilor străbătute şi deci de cantitatea de substanţe dizolvată Gazele dizolvate icircn apa sunt

oxigenuldioxidul de carbongazul metanhidrogenul sulfurat

a)Oxigenul dizolvat este cel mai important parametru de calitate al apei racircurilor deoarece are o importanţă vitală pentru ecosistemele acvatice Oxigenul din apa provine fie din aerul atmosferic fie ca produs de fotosinteza Cantitatea de oxigen din apele continentale depinde de cantitatea de vegetatie acvatică existentă de viteza de deplasare a apei şi de viteza de descompunere a organismelor moarte Stratul superficial este mai bogat icircn oxigen Anumite organism pot trăi un timp indelungat cu cantitati mici de oxigen pe cind altele ca de exemplu păstravul care este un organism oxigenofil nu pot trăi decacirct icircn ape de munte cu mult oxigen iarna datorită icircngheţului cantitatea de oxigen scade şi multe organisme mor prin sufocare Concentratia oxigenului dizolvat icircn apa la 25ordmC icircn echilibru cu oxigenul atmospheric este de 832mg l-1 Solubilitatea oxigenului=cantitatea maxima ce se poate dizolva la echilibru la o anumita temperatura Concentratia oxigenului dizolvat care este limitata de viteza de acces a oxigenului şi de alte procese conexe Solubilitatea gazelor variaza invers proportional cu temperatura astfel la 0ordmC este 1474mgl oxigen dizolvat iar la 35ordmC este de 703mgl oxigen dizolvat Oxigenul dizolvat poate fi consumat icircn diferite procese de exemplu icircn respiratie sauprocese degradative şi astfel apa trebuie reaerata

Gradul de oxigenare al apei este influenţat de reaerare (miscarea apei) de presiunea atmosferică de temperatura şi consumul biologic de oxigen

b) Dioxidul de carbon are un caracter acidConcentratia CO2 reactiv este mai dificil de calculat decit concentratia gazelor inerte fata de apa ca O2 N2 deoarece CO2 reactioneaza cu apa Dioxidul de carbon se găseste icircn apă icircn special ca produs de respiraţie se găseste icircn catitate mai mare icircn straturile inferioare ca urmare a proceselor degradative ale substanţelor organice Gazul acumulat icircn straturile superioare este utilizat icircn procesul de fotosinteză de către algele verzi Aerul atmosferic contine aproximativ 0035 icircn volume CO2 care se afla icircn echilibru cu CO2 dizolvat Constanta de aciditate a acidului carbonic este de 2 x 10-3 la 25ordmC deci dacă cantitatea de CO2 este mica el se gaseste sub forma de acid carbonic Acidul carbonic fiind un acid dibazic poate forma doua tipuri de saruri carbonate (CO3)-2 şi bicarbonati (HCO3)-1 Sistemul CO2 (HCO3)-1(CO3)-2 icircn apa contine cu precadere o anumita specie icircn funcţie de valoarea pH-lui astfel

pH mai mic decit 6 icircn apa predomina CO2 neionizat

27

pH cuprins intre 6 şi 10 icircn apele naturale predomina ionul dicarbonat (HCO3)-1

la valori de pH mai mari decit 10 predomina ionul carbonat (CO3)-2

Dioxidul de carbon din apa influenteaza negativ viata animalelor adica respiratia pozitiv viata organismelor autotrofe prin fotosinteza

De asemenea echilibrul carbonat dicarbonat stă la baza dizolvării pietrei de calcar cu formarea grotelor conform mecanismului

c) Substanţe biogene sunt icircn special compusi ai azotului şi fosforului dar şi compusi ai siliciului icircn formă coloidală compusi ai fierului

d) Microelemente sunt toţi ceilalţi ioni care se găsesc icircn concentraţii foarte mici Cu+2 Mn+2 Br-1 I-1 sunt extrem de importanţi icircn dezvoltarea organismelor viiconform legii minimului

Substannţe organice dizolvate (SOD) acizi organici alcooli aldehide cetone esteri eteri compusi aromatici hidraţi de carbon proteine

Se utilizează anumiţi indicatori cum sunt conţinutul icircn carbon organic Corg azot organic Norg fosfor organic Porg consumul chimic de oxigen=cantitatea de oxigen utilizată la oxidarea

substanţelor organice cu permanganat (CCO) consumul biochimic de oxigen (CBO) Apele de suprafaţă conţin icircn general cantităţi mici de substanţe

organice lt01mglProprietatile apei care influenteaza viata

temperatura28

transparentaturbulentaCantitatea de oxigen dizolvata DOCantitatea de oxigen consumata la degradrea biologica a organismelor vii icircn apa BOD-Biochemical Oxigen DemandedCantitatea de dioxid de carbonNutrientiApa este singurul oxid al elementelor din grupele a Va şi a VIa (SO2 NO2 N2O3)care la temperatura de 25degC este lichid datorită legaturilor de hidrogen ce se stabilesc icircntre molecule Asocierea moleculelor de apa reduce gradele de libertate icircn miscarea moleculară

Astfel moleculele de apa au tendinta de a polariza pentru a forma structura tetraedica astfel apa formează dimeri tetrameri etc care structureaza apa Prin urmare pentru a topi sau a fierbe apa este nevoie de mai multa energie care sa conduca la ruperea legaturilor de hidrogen Deoarece apa formeaza structuri tetraedice cu putina tensiune icircn legaturi ea poate sa polimerizeze icircn structuri deschise şi deci mai afinate Lucrul acesta se icircntamplă mai ales atunci cand apa se găseste icircn faza solida (gheaţa) ceea ce face ca gheaţa să fie mai afanată decat apa lichidă şi deci mai usoară Din acest motiv gheaţa pluteste pe apă Dilatarea apei la icircnghet are o importantă crucială pentru viaţă deoarece aceasta se poate dezvolta icircn apa sub gheata care stă deasupra Apa are caldură masică mare precum şi conductivitate termica mare ceea ce face ca ea sa funcţioneze ca depozit de caldură icircn organismele vii şi să stabilizeze temperatura mediului Caldura masica a apei este101(calg) fata de H2SO4-033 (calg)sau glicerina 0047 (calg)

Conductivitatea termica (g x cal x s-1 x cm2) a H2O20ordmC la un gradient de temperature de 1oC cm are valoarea de 00014 fata de vata de bumbac-000004 pluta-00001 Cu-100 sau sticla-00025Caldura de vaporizare a apei este cea mai mare dintre toate substanţele natural cunoscute (538 calg la 100oC) Acest lucru face ca apa sa fie cel mai bun răcitor iar fiinţele vii folosesc pe scara largă acest mecanism de răcireTensiunea superficiala a apei este şi ea foarte ridicat (72 dynecm) din această cauză compusii biocimici tensioactivi importanti pentru biologie tind să scadă tensiunea superficiala a apei şi icircn felul acesta sa se concentreze icircn apropierea suprafetei accelerand astfel reactiile biochimiceValoarea mare a constantei dielectrice a apei (81 fata de εo vid =1) permite apei sa disocieze moleculele polare (cristale ionice NaCl) icircn ionii constituenti Rezultatul este solubilitatea mare a sarurilor icircn apa Constanta dielectrica mare permite disocierea insasi a moleculei de apa

H2Oharr[H+]+[OH-][H+]=[OH-]=10-7ioni grL-1

29

Aceasta face ca speciile de ioni liberi icircn apa sa fie H2OH+ =[H3O]+ ionul de hidroniu şi[OH-] ceea ce permite o mare mobilitate a acestor ioni şi icircn consecinta o conductive electrica marita a apei Aceasta va permite şi o crestere a vitezei de reactie

Prin legaturile de hidrogen se creeaza retele de transport rapid prin lichid a ionilor [H+] şi [OH-] astfel incat o schimbare rapida a pH-ului se transmite cu mare viteza icircn toata solutiaStructura semicristalina a apei datorata puntilor de hidrogen are un efect neobisnuit asupra solventilor nepolari şi asupra gruparilor nepolare laterale ale ale polimerilor organici

La introducerea apei intr-un solvent nepolar reteaua de legaturi dehidrogen se aranjaza icircn asa fel incit perturbarea legaturii sa fie cit mai mica Efectul acestei oreintari se concretizeaza icircn inchiderea moleculei intr-o cusca de solvatare astfel incit nu se realizeaza nici un fel de legatura intre apa şi solvent ci numai legaturi intre moleculele compusului nepolar Acest tip de legatura se numesc hidrofoba sau efect hidrofob Acest efect este deosebit de important icircn biologie icircn ceea ce priveste formarea enzimelor care contin grupari hidrofobe şi hidrofile grefate pe macromolecule Gruparile hidrofobe definesc precis forma enzimei Moleculele care contin grupari hidrofile (care se dizolva icircn apa) şi hidrofobe (care nu se dizolva icircn apa) isi pot izola fata de apa portiunile hidrofobe prin autoagregare Produsii agregării se numesc micelii coloidale şi reprezintă primul pas spre formarea membranelor biologice

Datorită diferenţelor de electronegativitate dintre atomii de oxigen şi hidrogen molecula apei este puternic polarizata apa este un solvent polar şi dizolva un numar foarte mare de compusi ale caror molecule sunt formate prin legatura ionica sau covalent polara

Particule icircn suspensieParticulele icircn suspensie sedimentează icircn funcţie de dimensiunea lor

cele cu dimensiuni mai mici de 10 μm au viteze de sedimentare foarte mici (sub 001cmsec) şi se distribuie relativ omogen icircn toată apa la la fluxuri convective slabe Pariculele sedimentabile sunt icircn general formate dintr-un nucleu mineral de regulă dioxid de siliciu sau carbonat de calciu icircnconjurat de un strat organic de compoziţie variabilă De asemenea icircn apele naturale se găseste o cantitate icircnsemnată de microorganisme aflate icircntr-un echilibru dinamic cu mediu icircnconjurător Prin urmare apa naturală este un sistem multicomponent heterogen de tip deschis adică realizează schimb de materie şi energie cu mediul Algele microscopice aflate icircn suspensie formează fitoplanctonul Există peste 30000 de tipuri de alge care influenţează foarte puternic calitatea apei Biomasa bruta a fitoplanctonului din oceanul planetar este de 109 tone icircn timp ce productia de substanţă organica este de aproximativ 4x1011 tonean Bacteriile prelucreza substanţa organica obţinută prin fotosinteză picircnă la stadiul la care ea poate fi asimilată de alte organisme numite filtratori Acestia cum ar fi o specie de raci inferiori filtreză picircnă la 100mlhmg masă brută

30

middot

22 Poluarea şi protectia apei221 Poluarea apei

Prin poluarea apelor se intelege degradarea proprietatilor fizice şi chimice ale acestora Poluarea apelor este un fenomen de mare actualitate cu efecte nocive asupra vietii oamenilor şi organismelor acvatice De aceea o serie de organisme internationale prevad o serie de legi pentru prevenirea pericolelor de poluare Se interzice icircn primul rand deversarea oricaror reziduuri petroliere şi radioactive icircn apele internationale şi ale raurilor

Poluarea apelor la nivel global a cunoscut o crestere semnificativa mai ales icircn ultimele decenii ca urmare a cresterii numarului de locuitori ai planetei dezvoltarii sociale şi industriale corelate cu lipsa unor masuri adecvate de protectie a diferitelor categorii de ape Din acest motiv uneori poluarea apelor mai ales icircn zonele cu deficit hidrologic nu mai este numai o problematica legata strict de protectia mediului avand implicatii sociale economice şi chiar politice Din acest punct de vedere poluarea surselor de apa potabila sau cu folosinta agricola şi degradarea cestor categorii de ape este un aspect stringent a vietii contemporane

Sursele de poluare a apelor pot fi clasificate icircn mai multe moduri Exista surse de poluare naturala a apelor asa cum exista surse antropice (artificiale) Icircn cadrul ultimei categorii se poate aminti de surse de poluare organizate al caror efect poluant este facilitat de existenta unor instalatii construite specia pentru evacuarea apelor uzate din localitatile urbane divers 757d34h e industrii zootehnie etc precum şi de surse neorganizate care determina de exemplu poluarea apelor din zonele rurale locuite sau localitatile fara sisteme de canalizare şi drenaj al apelor uzate

Icircn funcţie de perioada de timp activa a diverselor surse de poluare se pot aminti

surse de poluare permanentesurse de poluare cu funcţionare intermitenta sau sezonalasurse de poluare accidentala

31

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

pH cuprins intre 6 şi 10 icircn apele naturale predomina ionul dicarbonat (HCO3)-1

la valori de pH mai mari decit 10 predomina ionul carbonat (CO3)-2

Dioxidul de carbon din apa influenteaza negativ viata animalelor adica respiratia pozitiv viata organismelor autotrofe prin fotosinteza

De asemenea echilibrul carbonat dicarbonat stă la baza dizolvării pietrei de calcar cu formarea grotelor conform mecanismului

c) Substanţe biogene sunt icircn special compusi ai azotului şi fosforului dar şi compusi ai siliciului icircn formă coloidală compusi ai fierului

d) Microelemente sunt toţi ceilalţi ioni care se găsesc icircn concentraţii foarte mici Cu+2 Mn+2 Br-1 I-1 sunt extrem de importanţi icircn dezvoltarea organismelor viiconform legii minimului

Substannţe organice dizolvate (SOD) acizi organici alcooli aldehide cetone esteri eteri compusi aromatici hidraţi de carbon proteine

Se utilizează anumiţi indicatori cum sunt conţinutul icircn carbon organic Corg azot organic Norg fosfor organic Porg consumul chimic de oxigen=cantitatea de oxigen utilizată la oxidarea

substanţelor organice cu permanganat (CCO) consumul biochimic de oxigen (CBO) Apele de suprafaţă conţin icircn general cantităţi mici de substanţe

organice lt01mglProprietatile apei care influenteaza viata

temperatura28

transparentaturbulentaCantitatea de oxigen dizolvata DOCantitatea de oxigen consumata la degradrea biologica a organismelor vii icircn apa BOD-Biochemical Oxigen DemandedCantitatea de dioxid de carbonNutrientiApa este singurul oxid al elementelor din grupele a Va şi a VIa (SO2 NO2 N2O3)care la temperatura de 25degC este lichid datorită legaturilor de hidrogen ce se stabilesc icircntre molecule Asocierea moleculelor de apa reduce gradele de libertate icircn miscarea moleculară

Astfel moleculele de apa au tendinta de a polariza pentru a forma structura tetraedica astfel apa formează dimeri tetrameri etc care structureaza apa Prin urmare pentru a topi sau a fierbe apa este nevoie de mai multa energie care sa conduca la ruperea legaturilor de hidrogen Deoarece apa formeaza structuri tetraedice cu putina tensiune icircn legaturi ea poate sa polimerizeze icircn structuri deschise şi deci mai afinate Lucrul acesta se icircntamplă mai ales atunci cand apa se găseste icircn faza solida (gheaţa) ceea ce face ca gheaţa să fie mai afanată decat apa lichidă şi deci mai usoară Din acest motiv gheaţa pluteste pe apă Dilatarea apei la icircnghet are o importantă crucială pentru viaţă deoarece aceasta se poate dezvolta icircn apa sub gheata care stă deasupra Apa are caldură masică mare precum şi conductivitate termica mare ceea ce face ca ea sa funcţioneze ca depozit de caldură icircn organismele vii şi să stabilizeze temperatura mediului Caldura masica a apei este101(calg) fata de H2SO4-033 (calg)sau glicerina 0047 (calg)

Conductivitatea termica (g x cal x s-1 x cm2) a H2O20ordmC la un gradient de temperature de 1oC cm are valoarea de 00014 fata de vata de bumbac-000004 pluta-00001 Cu-100 sau sticla-00025Caldura de vaporizare a apei este cea mai mare dintre toate substanţele natural cunoscute (538 calg la 100oC) Acest lucru face ca apa sa fie cel mai bun răcitor iar fiinţele vii folosesc pe scara largă acest mecanism de răcireTensiunea superficiala a apei este şi ea foarte ridicat (72 dynecm) din această cauză compusii biocimici tensioactivi importanti pentru biologie tind să scadă tensiunea superficiala a apei şi icircn felul acesta sa se concentreze icircn apropierea suprafetei accelerand astfel reactiile biochimiceValoarea mare a constantei dielectrice a apei (81 fata de εo vid =1) permite apei sa disocieze moleculele polare (cristale ionice NaCl) icircn ionii constituenti Rezultatul este solubilitatea mare a sarurilor icircn apa Constanta dielectrica mare permite disocierea insasi a moleculei de apa

H2Oharr[H+]+[OH-][H+]=[OH-]=10-7ioni grL-1

29

Aceasta face ca speciile de ioni liberi icircn apa sa fie H2OH+ =[H3O]+ ionul de hidroniu şi[OH-] ceea ce permite o mare mobilitate a acestor ioni şi icircn consecinta o conductive electrica marita a apei Aceasta va permite şi o crestere a vitezei de reactie

Prin legaturile de hidrogen se creeaza retele de transport rapid prin lichid a ionilor [H+] şi [OH-] astfel incat o schimbare rapida a pH-ului se transmite cu mare viteza icircn toata solutiaStructura semicristalina a apei datorata puntilor de hidrogen are un efect neobisnuit asupra solventilor nepolari şi asupra gruparilor nepolare laterale ale ale polimerilor organici

La introducerea apei intr-un solvent nepolar reteaua de legaturi dehidrogen se aranjaza icircn asa fel incit perturbarea legaturii sa fie cit mai mica Efectul acestei oreintari se concretizeaza icircn inchiderea moleculei intr-o cusca de solvatare astfel incit nu se realizeaza nici un fel de legatura intre apa şi solvent ci numai legaturi intre moleculele compusului nepolar Acest tip de legatura se numesc hidrofoba sau efect hidrofob Acest efect este deosebit de important icircn biologie icircn ceea ce priveste formarea enzimelor care contin grupari hidrofobe şi hidrofile grefate pe macromolecule Gruparile hidrofobe definesc precis forma enzimei Moleculele care contin grupari hidrofile (care se dizolva icircn apa) şi hidrofobe (care nu se dizolva icircn apa) isi pot izola fata de apa portiunile hidrofobe prin autoagregare Produsii agregării se numesc micelii coloidale şi reprezintă primul pas spre formarea membranelor biologice

Datorită diferenţelor de electronegativitate dintre atomii de oxigen şi hidrogen molecula apei este puternic polarizata apa este un solvent polar şi dizolva un numar foarte mare de compusi ale caror molecule sunt formate prin legatura ionica sau covalent polara

Particule icircn suspensieParticulele icircn suspensie sedimentează icircn funcţie de dimensiunea lor

cele cu dimensiuni mai mici de 10 μm au viteze de sedimentare foarte mici (sub 001cmsec) şi se distribuie relativ omogen icircn toată apa la la fluxuri convective slabe Pariculele sedimentabile sunt icircn general formate dintr-un nucleu mineral de regulă dioxid de siliciu sau carbonat de calciu icircnconjurat de un strat organic de compoziţie variabilă De asemenea icircn apele naturale se găseste o cantitate icircnsemnată de microorganisme aflate icircntr-un echilibru dinamic cu mediu icircnconjurător Prin urmare apa naturală este un sistem multicomponent heterogen de tip deschis adică realizează schimb de materie şi energie cu mediul Algele microscopice aflate icircn suspensie formează fitoplanctonul Există peste 30000 de tipuri de alge care influenţează foarte puternic calitatea apei Biomasa bruta a fitoplanctonului din oceanul planetar este de 109 tone icircn timp ce productia de substanţă organica este de aproximativ 4x1011 tonean Bacteriile prelucreza substanţa organica obţinută prin fotosinteză picircnă la stadiul la care ea poate fi asimilată de alte organisme numite filtratori Acestia cum ar fi o specie de raci inferiori filtreză picircnă la 100mlhmg masă brută

30

middot

22 Poluarea şi protectia apei221 Poluarea apei

Prin poluarea apelor se intelege degradarea proprietatilor fizice şi chimice ale acestora Poluarea apelor este un fenomen de mare actualitate cu efecte nocive asupra vietii oamenilor şi organismelor acvatice De aceea o serie de organisme internationale prevad o serie de legi pentru prevenirea pericolelor de poluare Se interzice icircn primul rand deversarea oricaror reziduuri petroliere şi radioactive icircn apele internationale şi ale raurilor

Poluarea apelor la nivel global a cunoscut o crestere semnificativa mai ales icircn ultimele decenii ca urmare a cresterii numarului de locuitori ai planetei dezvoltarii sociale şi industriale corelate cu lipsa unor masuri adecvate de protectie a diferitelor categorii de ape Din acest motiv uneori poluarea apelor mai ales icircn zonele cu deficit hidrologic nu mai este numai o problematica legata strict de protectia mediului avand implicatii sociale economice şi chiar politice Din acest punct de vedere poluarea surselor de apa potabila sau cu folosinta agricola şi degradarea cestor categorii de ape este un aspect stringent a vietii contemporane

Sursele de poluare a apelor pot fi clasificate icircn mai multe moduri Exista surse de poluare naturala a apelor asa cum exista surse antropice (artificiale) Icircn cadrul ultimei categorii se poate aminti de surse de poluare organizate al caror efect poluant este facilitat de existenta unor instalatii construite specia pentru evacuarea apelor uzate din localitatile urbane divers 757d34h e industrii zootehnie etc precum şi de surse neorganizate care determina de exemplu poluarea apelor din zonele rurale locuite sau localitatile fara sisteme de canalizare şi drenaj al apelor uzate

Icircn funcţie de perioada de timp activa a diverselor surse de poluare se pot aminti

surse de poluare permanentesurse de poluare cu funcţionare intermitenta sau sezonalasurse de poluare accidentala

31

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

transparentaturbulentaCantitatea de oxigen dizolvata DOCantitatea de oxigen consumata la degradrea biologica a organismelor vii icircn apa BOD-Biochemical Oxigen DemandedCantitatea de dioxid de carbonNutrientiApa este singurul oxid al elementelor din grupele a Va şi a VIa (SO2 NO2 N2O3)care la temperatura de 25degC este lichid datorită legaturilor de hidrogen ce se stabilesc icircntre molecule Asocierea moleculelor de apa reduce gradele de libertate icircn miscarea moleculară

Astfel moleculele de apa au tendinta de a polariza pentru a forma structura tetraedica astfel apa formează dimeri tetrameri etc care structureaza apa Prin urmare pentru a topi sau a fierbe apa este nevoie de mai multa energie care sa conduca la ruperea legaturilor de hidrogen Deoarece apa formeaza structuri tetraedice cu putina tensiune icircn legaturi ea poate sa polimerizeze icircn structuri deschise şi deci mai afinate Lucrul acesta se icircntamplă mai ales atunci cand apa se găseste icircn faza solida (gheaţa) ceea ce face ca gheaţa să fie mai afanată decat apa lichidă şi deci mai usoară Din acest motiv gheaţa pluteste pe apă Dilatarea apei la icircnghet are o importantă crucială pentru viaţă deoarece aceasta se poate dezvolta icircn apa sub gheata care stă deasupra Apa are caldură masică mare precum şi conductivitate termica mare ceea ce face ca ea sa funcţioneze ca depozit de caldură icircn organismele vii şi să stabilizeze temperatura mediului Caldura masica a apei este101(calg) fata de H2SO4-033 (calg)sau glicerina 0047 (calg)

Conductivitatea termica (g x cal x s-1 x cm2) a H2O20ordmC la un gradient de temperature de 1oC cm are valoarea de 00014 fata de vata de bumbac-000004 pluta-00001 Cu-100 sau sticla-00025Caldura de vaporizare a apei este cea mai mare dintre toate substanţele natural cunoscute (538 calg la 100oC) Acest lucru face ca apa sa fie cel mai bun răcitor iar fiinţele vii folosesc pe scara largă acest mecanism de răcireTensiunea superficiala a apei este şi ea foarte ridicat (72 dynecm) din această cauză compusii biocimici tensioactivi importanti pentru biologie tind să scadă tensiunea superficiala a apei şi icircn felul acesta sa se concentreze icircn apropierea suprafetei accelerand astfel reactiile biochimiceValoarea mare a constantei dielectrice a apei (81 fata de εo vid =1) permite apei sa disocieze moleculele polare (cristale ionice NaCl) icircn ionii constituenti Rezultatul este solubilitatea mare a sarurilor icircn apa Constanta dielectrica mare permite disocierea insasi a moleculei de apa

H2Oharr[H+]+[OH-][H+]=[OH-]=10-7ioni grL-1

29

Aceasta face ca speciile de ioni liberi icircn apa sa fie H2OH+ =[H3O]+ ionul de hidroniu şi[OH-] ceea ce permite o mare mobilitate a acestor ioni şi icircn consecinta o conductive electrica marita a apei Aceasta va permite şi o crestere a vitezei de reactie

Prin legaturile de hidrogen se creeaza retele de transport rapid prin lichid a ionilor [H+] şi [OH-] astfel incat o schimbare rapida a pH-ului se transmite cu mare viteza icircn toata solutiaStructura semicristalina a apei datorata puntilor de hidrogen are un efect neobisnuit asupra solventilor nepolari şi asupra gruparilor nepolare laterale ale ale polimerilor organici

La introducerea apei intr-un solvent nepolar reteaua de legaturi dehidrogen se aranjaza icircn asa fel incit perturbarea legaturii sa fie cit mai mica Efectul acestei oreintari se concretizeaza icircn inchiderea moleculei intr-o cusca de solvatare astfel incit nu se realizeaza nici un fel de legatura intre apa şi solvent ci numai legaturi intre moleculele compusului nepolar Acest tip de legatura se numesc hidrofoba sau efect hidrofob Acest efect este deosebit de important icircn biologie icircn ceea ce priveste formarea enzimelor care contin grupari hidrofobe şi hidrofile grefate pe macromolecule Gruparile hidrofobe definesc precis forma enzimei Moleculele care contin grupari hidrofile (care se dizolva icircn apa) şi hidrofobe (care nu se dizolva icircn apa) isi pot izola fata de apa portiunile hidrofobe prin autoagregare Produsii agregării se numesc micelii coloidale şi reprezintă primul pas spre formarea membranelor biologice

Datorită diferenţelor de electronegativitate dintre atomii de oxigen şi hidrogen molecula apei este puternic polarizata apa este un solvent polar şi dizolva un numar foarte mare de compusi ale caror molecule sunt formate prin legatura ionica sau covalent polara

Particule icircn suspensieParticulele icircn suspensie sedimentează icircn funcţie de dimensiunea lor

cele cu dimensiuni mai mici de 10 μm au viteze de sedimentare foarte mici (sub 001cmsec) şi se distribuie relativ omogen icircn toată apa la la fluxuri convective slabe Pariculele sedimentabile sunt icircn general formate dintr-un nucleu mineral de regulă dioxid de siliciu sau carbonat de calciu icircnconjurat de un strat organic de compoziţie variabilă De asemenea icircn apele naturale se găseste o cantitate icircnsemnată de microorganisme aflate icircntr-un echilibru dinamic cu mediu icircnconjurător Prin urmare apa naturală este un sistem multicomponent heterogen de tip deschis adică realizează schimb de materie şi energie cu mediul Algele microscopice aflate icircn suspensie formează fitoplanctonul Există peste 30000 de tipuri de alge care influenţează foarte puternic calitatea apei Biomasa bruta a fitoplanctonului din oceanul planetar este de 109 tone icircn timp ce productia de substanţă organica este de aproximativ 4x1011 tonean Bacteriile prelucreza substanţa organica obţinută prin fotosinteză picircnă la stadiul la care ea poate fi asimilată de alte organisme numite filtratori Acestia cum ar fi o specie de raci inferiori filtreză picircnă la 100mlhmg masă brută

30

middot

22 Poluarea şi protectia apei221 Poluarea apei

Prin poluarea apelor se intelege degradarea proprietatilor fizice şi chimice ale acestora Poluarea apelor este un fenomen de mare actualitate cu efecte nocive asupra vietii oamenilor şi organismelor acvatice De aceea o serie de organisme internationale prevad o serie de legi pentru prevenirea pericolelor de poluare Se interzice icircn primul rand deversarea oricaror reziduuri petroliere şi radioactive icircn apele internationale şi ale raurilor

Poluarea apelor la nivel global a cunoscut o crestere semnificativa mai ales icircn ultimele decenii ca urmare a cresterii numarului de locuitori ai planetei dezvoltarii sociale şi industriale corelate cu lipsa unor masuri adecvate de protectie a diferitelor categorii de ape Din acest motiv uneori poluarea apelor mai ales icircn zonele cu deficit hidrologic nu mai este numai o problematica legata strict de protectia mediului avand implicatii sociale economice şi chiar politice Din acest punct de vedere poluarea surselor de apa potabila sau cu folosinta agricola şi degradarea cestor categorii de ape este un aspect stringent a vietii contemporane

Sursele de poluare a apelor pot fi clasificate icircn mai multe moduri Exista surse de poluare naturala a apelor asa cum exista surse antropice (artificiale) Icircn cadrul ultimei categorii se poate aminti de surse de poluare organizate al caror efect poluant este facilitat de existenta unor instalatii construite specia pentru evacuarea apelor uzate din localitatile urbane divers 757d34h e industrii zootehnie etc precum şi de surse neorganizate care determina de exemplu poluarea apelor din zonele rurale locuite sau localitatile fara sisteme de canalizare şi drenaj al apelor uzate

Icircn funcţie de perioada de timp activa a diverselor surse de poluare se pot aminti

surse de poluare permanentesurse de poluare cu funcţionare intermitenta sau sezonalasurse de poluare accidentala

31

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Aceasta face ca speciile de ioni liberi icircn apa sa fie H2OH+ =[H3O]+ ionul de hidroniu şi[OH-] ceea ce permite o mare mobilitate a acestor ioni şi icircn consecinta o conductive electrica marita a apei Aceasta va permite şi o crestere a vitezei de reactie

Prin legaturile de hidrogen se creeaza retele de transport rapid prin lichid a ionilor [H+] şi [OH-] astfel incat o schimbare rapida a pH-ului se transmite cu mare viteza icircn toata solutiaStructura semicristalina a apei datorata puntilor de hidrogen are un efect neobisnuit asupra solventilor nepolari şi asupra gruparilor nepolare laterale ale ale polimerilor organici

La introducerea apei intr-un solvent nepolar reteaua de legaturi dehidrogen se aranjaza icircn asa fel incit perturbarea legaturii sa fie cit mai mica Efectul acestei oreintari se concretizeaza icircn inchiderea moleculei intr-o cusca de solvatare astfel incit nu se realizeaza nici un fel de legatura intre apa şi solvent ci numai legaturi intre moleculele compusului nepolar Acest tip de legatura se numesc hidrofoba sau efect hidrofob Acest efect este deosebit de important icircn biologie icircn ceea ce priveste formarea enzimelor care contin grupari hidrofobe şi hidrofile grefate pe macromolecule Gruparile hidrofobe definesc precis forma enzimei Moleculele care contin grupari hidrofile (care se dizolva icircn apa) şi hidrofobe (care nu se dizolva icircn apa) isi pot izola fata de apa portiunile hidrofobe prin autoagregare Produsii agregării se numesc micelii coloidale şi reprezintă primul pas spre formarea membranelor biologice

Datorită diferenţelor de electronegativitate dintre atomii de oxigen şi hidrogen molecula apei este puternic polarizata apa este un solvent polar şi dizolva un numar foarte mare de compusi ale caror molecule sunt formate prin legatura ionica sau covalent polara

Particule icircn suspensieParticulele icircn suspensie sedimentează icircn funcţie de dimensiunea lor

cele cu dimensiuni mai mici de 10 μm au viteze de sedimentare foarte mici (sub 001cmsec) şi se distribuie relativ omogen icircn toată apa la la fluxuri convective slabe Pariculele sedimentabile sunt icircn general formate dintr-un nucleu mineral de regulă dioxid de siliciu sau carbonat de calciu icircnconjurat de un strat organic de compoziţie variabilă De asemenea icircn apele naturale se găseste o cantitate icircnsemnată de microorganisme aflate icircntr-un echilibru dinamic cu mediu icircnconjurător Prin urmare apa naturală este un sistem multicomponent heterogen de tip deschis adică realizează schimb de materie şi energie cu mediul Algele microscopice aflate icircn suspensie formează fitoplanctonul Există peste 30000 de tipuri de alge care influenţează foarte puternic calitatea apei Biomasa bruta a fitoplanctonului din oceanul planetar este de 109 tone icircn timp ce productia de substanţă organica este de aproximativ 4x1011 tonean Bacteriile prelucreza substanţa organica obţinută prin fotosinteză picircnă la stadiul la care ea poate fi asimilată de alte organisme numite filtratori Acestia cum ar fi o specie de raci inferiori filtreză picircnă la 100mlhmg masă brută

30

middot

22 Poluarea şi protectia apei221 Poluarea apei

Prin poluarea apelor se intelege degradarea proprietatilor fizice şi chimice ale acestora Poluarea apelor este un fenomen de mare actualitate cu efecte nocive asupra vietii oamenilor şi organismelor acvatice De aceea o serie de organisme internationale prevad o serie de legi pentru prevenirea pericolelor de poluare Se interzice icircn primul rand deversarea oricaror reziduuri petroliere şi radioactive icircn apele internationale şi ale raurilor

Poluarea apelor la nivel global a cunoscut o crestere semnificativa mai ales icircn ultimele decenii ca urmare a cresterii numarului de locuitori ai planetei dezvoltarii sociale şi industriale corelate cu lipsa unor masuri adecvate de protectie a diferitelor categorii de ape Din acest motiv uneori poluarea apelor mai ales icircn zonele cu deficit hidrologic nu mai este numai o problematica legata strict de protectia mediului avand implicatii sociale economice şi chiar politice Din acest punct de vedere poluarea surselor de apa potabila sau cu folosinta agricola şi degradarea cestor categorii de ape este un aspect stringent a vietii contemporane

Sursele de poluare a apelor pot fi clasificate icircn mai multe moduri Exista surse de poluare naturala a apelor asa cum exista surse antropice (artificiale) Icircn cadrul ultimei categorii se poate aminti de surse de poluare organizate al caror efect poluant este facilitat de existenta unor instalatii construite specia pentru evacuarea apelor uzate din localitatile urbane divers 757d34h e industrii zootehnie etc precum şi de surse neorganizate care determina de exemplu poluarea apelor din zonele rurale locuite sau localitatile fara sisteme de canalizare şi drenaj al apelor uzate

Icircn funcţie de perioada de timp activa a diverselor surse de poluare se pot aminti

surse de poluare permanentesurse de poluare cu funcţionare intermitenta sau sezonalasurse de poluare accidentala

31

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

middot

22 Poluarea şi protectia apei221 Poluarea apei

Prin poluarea apelor se intelege degradarea proprietatilor fizice şi chimice ale acestora Poluarea apelor este un fenomen de mare actualitate cu efecte nocive asupra vietii oamenilor şi organismelor acvatice De aceea o serie de organisme internationale prevad o serie de legi pentru prevenirea pericolelor de poluare Se interzice icircn primul rand deversarea oricaror reziduuri petroliere şi radioactive icircn apele internationale şi ale raurilor

Poluarea apelor la nivel global a cunoscut o crestere semnificativa mai ales icircn ultimele decenii ca urmare a cresterii numarului de locuitori ai planetei dezvoltarii sociale şi industriale corelate cu lipsa unor masuri adecvate de protectie a diferitelor categorii de ape Din acest motiv uneori poluarea apelor mai ales icircn zonele cu deficit hidrologic nu mai este numai o problematica legata strict de protectia mediului avand implicatii sociale economice şi chiar politice Din acest punct de vedere poluarea surselor de apa potabila sau cu folosinta agricola şi degradarea cestor categorii de ape este un aspect stringent a vietii contemporane

Sursele de poluare a apelor pot fi clasificate icircn mai multe moduri Exista surse de poluare naturala a apelor asa cum exista surse antropice (artificiale) Icircn cadrul ultimei categorii se poate aminti de surse de poluare organizate al caror efect poluant este facilitat de existenta unor instalatii construite specia pentru evacuarea apelor uzate din localitatile urbane divers 757d34h e industrii zootehnie etc precum şi de surse neorganizate care determina de exemplu poluarea apelor din zonele rurale locuite sau localitatile fara sisteme de canalizare şi drenaj al apelor uzate

Icircn funcţie de perioada de timp activa a diverselor surse de poluare se pot aminti

surse de poluare permanentesurse de poluare cu funcţionare intermitenta sau sezonalasurse de poluare accidentala

31

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Poluarea naturala a apelor se produce mai ales dacă exista conditiile mediale favorizate Dintre acestea cele mai importante sunt prezentate icircn continuare

Prezenta rocilor mai mult sau mai putin solubile constituite din minerale care solvite de ape contribuie la cresterea concentratiei diferitelor elemente chimicePrezenta solurilor instabile mai ales cele afectate de eroziune determina cresterea cantitatilor de material icircn suspensie icircn diferite categorii de ape curgatoarePrezenta vegetatiei icircn exces poate conduce la cresterea cantitatilor de substanta organica icircn suspensie

Poluarea artificiala se datoreaza mai ales apelor uzate din industrie agricultura sau menajere dar şi accidentelor din diferite industrii sau transporturi Apele uzate sunt incluse icircn cateva categorii icircn funcţie de provenienta lor

ape menajere provenite din centrele urbane sau asezarile rurale ca rezultat al consumului de apa pentru necesitati igienico-sanitare şi alte activitati specificeape uzate provenite din activitatile publice specifice aglomeratiilor urbaneape uzate industriale rezultate icircn urma consumului de apa icircn diferite tehnologii specifice unor industrii diverseape uzate ca urmare a activitatilor zootehniceape de precipitatie contaminate ca urmare a poluarii atmosferei şi soluluiSursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi După propietaţile surselor de poluare acestea se icircmpart icircn două mari categorii

Apele menajere şi orăseneşti sunt apele reziduale evacuate din centrele populate prin sisteme de canalizare cu un ritm de producere corespunzator activităţii colectivităţii respective Din punct de vedere al compoziţiei aceste ape provenite din utilizari casnice au un conţinut bogat de microorganisme printre care o importantă fracţiune patogenă provenită din dejecţiile oamenilor purtători sau bolnavi fapt care face ca aceste ape să aibă un mare potenţial infecţios De asemenea prezenţa unei cantitaţi apreciabile de substanţe organice realizează un consum mare de oxigen dizolvat putacircnd da naştere la fenomene de fermentaţie şi putrefacţie

Apele reziduale industriale provin direct din procese tehnologice unde apa este utilizată cel mai frecvent ca agent de transport al reziduurilor Intensitatea poluării depinde de natura cantitatea produselor şi a deşeurilor rezultate

32

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Poluarea apelor poate fi produsa şi de catre deseurile toxice sau de reziduurile contaminante nedepozitate sau depozitate necorespunzator şi care pot fi spalate sau antrenate de apele precipitatie

O problematica foarte actuala este monitorizarea calitatii apelor curgatoare utilizate ca surse de apa pentru alimentarea zonelor urbane sau rurale cu apa potabila Un exemplu interesant icircn acest sens il ofera fluviul Dunarea Calitatea apelor Dunarii este foarte importanta nu numai din punct de vedere strict ecologic dar şi din punct de vedere socio-economic şi politic deoarece Dunarea al doilea fluviu ca marime icircn Europa traverseaza mai multe industrializate cu densitate a populatiei ridicata şi are un bazin hidrografic foarte intins (aproximativ 817 000 km2) Asociatia Internationala pentru Cercetarea Dunarii (IAD) a realizat icircn 1995 o estimarea calitatii apelor Dunarii şi a afluentilor acestui fluviu pornind de la date statistice privitoare la calitatea apelor inregistrate incepand cu anul 1960 sub forma unui harti de calitate a apei (Fig 62) Clasificarea calitatii apelor curgatoare aleasa ia icircn considerare diferite aspecte (biologic ecologic fizico-chimic) dar mai ales contaminarea apei cu poluanti de natura organica care sunt biodegradabili prin oxidare (Tab 23) Desi selectarea parametrilor biologici luati icircn considerare precum şi metodele de determinare a unor indicatori de calitate nu sunt icircn intregime standardizate aceasta analiza ofera avantajul unei imagini generale asupra calitatii apelor curgatoare din bazinul hidrografic al Dunarii

Sursele de poluare organizate se grupează icircn surse de poluare organizate avacircnd o localizare icircn puncte bine stabilite şi cunoscute şi surese difuze situate pe suprafeţe icircntinse cu poluanţi diversi

222 Poluanti antropici

Metale şi compusii lor Toxicitatea metalelor este atomică adică este imprimată de unii atomi sau ioni De exemplu aproape toti compusii anorganici sau organici ai Pb Hg As sunt toxici spre deosebire de alti compusi ca pesticide medicamente care posedă o toxicitate moleculară deci de ansamblu al organizării atomilor nu simpla prezenţă a atomilor de carbon Unele metale sunt foarte importante icircn metabolism Na K Ca Mg Fe Icircn anumite organe icircn timp se acumulează şi cantităţi de metale cu acţiune toxică din alimente iar de la o anumită concentraţie a acestora icircncepe să se manifeste acţiunea toxică

A) Mercurul şi compusii săi sunt utilizati icircn industriile clorosodice acetaldehidă aparatură electronică fungicide (acetat de fenil mercur metoxietil mercur) icircngrăsăminte icircn cantitatea vehiculată icircn industrie numai 20 se recirculă restul este trimis icircn mediul icircnconjurător Astfel transferul de Hg de pe continent icircn ocean este estimat la 3500tan sub formă de metal mercur solubil acest compus este icircnglobat icircn ciclul trofic prin pătrunderea luiFitoplencton apoi icircn pesti şi ajunge la om După moartea fitoplanctonului metil mercurul rămacircne icircn sedimente şi ciclul reicircncepe Metil mercurul este greu biodegradabil acumulacircndu-se icircn ton crustacee fructe de mare icircn care concentraţia de Hg a fost de pacircnă la 850000 ori mai mare decit icircn apa de mare Accidentul de la din golful Minamata boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metal mercurului Alte

33

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

accidente Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur ( extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai Hg sunt toxici deoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea B) Accidentului din golful Minamata Boala declansată de intoxicatia cu mercura primit numele de boala Minamata care a provocat 1200 de victime icircn special anomalii congenitale datorită acţiunii mutagene a metil mercurului Alte accidente au avut loc de-a lungul timpului icircn Suedia Canada franţa Germania la minerii din minele de aur (extrăgeau aurul prin amalgamare) fier Toţi compusii ionizabili anorganici sau organici ai mercurului sunt toxiciDeoarece mercurul ionic are afinitate mare pentru grupările SH- din proteine şi astfel se acumulează icircn organism provocind boala numita hidrargirism care se manifestă printr-o dereglare totală a funcţiilor celulare precipitarea proteinelor uremie caderea părului a dinţilor şi moartea

B)PlumbulSurse industria metalurgica aditivarea benzinelor tipografii literele sunt de Pb

fabricarea bateriilor grunduri Annual 37000 t ajunge icircn ocean Produce boala numita saturnism cu efecte somatice şi genetice dezastruase Modifică mineralizarea organismului extrăgacircnd fosforul şi ferul cu care formează compusi stabili deci produce anemie tulburări deNutriţie senilitate precoce iar prin acumulare poate produce probleme şi icircn generaţiaUrmătoare

C) ArsenulA fost utilizat din cele mai vechi timpuri la obţinerea vopselelor şi ca otravă Se utilizează icircn industria farmaceutică la obţinerea pesticidelor vopselelor Omul introduce anual icircn organism cca 72 mg As care se elimină aproape icircn totalitate Anumiţi compusi icircn doze mici au acţiune terapeutică şi sunt introdusi prin alimetaţie de ex unii pesti conţin 025 mgKg iar fructele de mare pacircnă la 1 gKg tutunul conţine cca 10mgg foi uscate din care 20 trece icircn fumul de Ţigară As2O3 otravă- soricioaică- Actiunea toxicologică este aprox aceeasi ca la Hg

D) Cromul Compusii de crom hexavalent sunt toxici cromul trivalent nu chiar este un element esenţial pentru viaţă Intoxicaţii icircn metalurgie ind chimică vopsele porţelan pulberile şi aerosolii produc perforarea septului nazal şi leziuni ale pielii şi mucoaselor

E) ManganulEste element important dar pulberea de mno2 provoacă paralizii ca la Parkinson

F) Cadmiul tulburări pulmonare renale şi osoasePesticidele şi insecticidePesticidele reprezintă una dintre clasele de substanţe care au avut un rol 1050203 yridineIcircn

evoluţi societăţii omenesti din ultimii 50 de ani Sunt substanţe cu actiune slectivă care prin compoziţie doză sau mod de administrare sunt capabile să distrugă insecte ierburi ciuperci spori (otrăvuri) cu acţiune selectivă asupra unor insecte responsabile de cumplite maladii ca malaria sau tifosul care au decimat populaţii icircntregi De asemenea au revoluţionat producţia agricolă salvacircnd populaţii icircntregi de la foamete Un singur lucrător din industria pesticidelor

34

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

icircnlocuieste 100 de lucrători agricoli care ar lupta icircmpotriva daunătorilor Icircn cea mai mare parte sunt compusi organici de sinteză

Insecticidele sunt substanţe toxice care distrug insectelecompusi organocloruraţiDDT diclor-difenil-triclor- etan este o otravă liposolubilă produce paralizia şi moarte

insectei Limita de toleranţă pentru om este de 7ppm pe alimente Icircn yridin nu se mai utilizează pentru că se degradează foarte lent acumulacircndu-se icircn ţesuturile grase doar Icircn ţarile foarte sărace icircn lupta icircmpotriva malariei

HCH hexaclorciclohexanul-gamexanul- izomerul γ 1050203 yridi foarte toxic este foarte putin solubil icircn apă de acees se acumulează icircn sol

esteri organo-fosforici au foast obţinuţi icircn laboratoarele pentru arme chimice ldquo sabia a fost transformată icircn plugrdquo

Erbicidele sunt mai noi acizi fenoxiacetici triazine 1050203 pyridine clorurate Unele dintre ele au experimentate icircn războiul din Vietnam icircn cantitate 17 Kgha s-a produs o astfel de contaminare a solului icircncacirct există riscul ca pe aceste soluri să nu mai crească niciodată nimic ( la 60gha elimină icircntreaga v egetaţie) Fungicidele sunt substanţe oerganice sau anorganice cu proprietatea de adistruge sporii şi a icircmpiedica dezvoltarea ciupercilor care produc anumite boli vegetaţiei ca mana viţei de vie a cartofului rugina cerealelor etc Sunt săruri de cupru compusi cu sulf compusi organomercurici Efectul utilizării pe scară foarte largă a acestor substanţe icircn scopul cresterii productivităţii agricole se resimte icircnsă din punct de vedere ecologic prin lipsa specificităţii lor atacă şi plante gazdă au dispărut anumite buruieni care servea drept hrană unor specii de animale

LubrifianţiiSubstanţe care reduc frecarea se utilizează icircn turnătorii icircn industria de prelucrări

mecanice Lubrifianţii solizi sunt icircn general săruri Pb Zn Cd ai acizilor grasi şi unele ceruriSubstanţele ignifuge şi fungicidePentru ignifugare se utilizează icircn special fosfaţii organici deci sunt sursă de fosfor icircn apeDetergenţiiSunt substanţe tensioactive utilizate icircn cantităţi din ce icircn ce mai mari atacirct icircn consumul

casnic cacirct şi industrial Icircn general conţin trei componeneţi de bază substanţa tensioactivă parfumuri şi substanţe oxidante ca icircnălbitori Dintre detergenţi cei mai toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrana pentru fauna acvatica iar pe de lată parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la icirccetinirea procesului natural de autopurificare a apelor Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici cei mai puţin toxici şi destul de biodegradabili ex alchil sulfonatul liniar este biodegradabil icircn proporţie de 90 Icircn ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor nebiodegradabili sau pe baza de fosfaţi

IngrăsămintelePoluarea apelor cu icircngrăsăminte pe bază de azot şi fosfor este una dintre cele mai

importante probleme Normele CCE admit un conţinut de max 10ppm nitraţi icircn apa potabilă deoarece acestia sunt transformaţi icircn procesele metabolice icircn nitriţi şi apoi icircn nitrozamine consideraţe pacircnă icircn prezent cele mai cancerigene substanţe-(Inr-o porţie de salam conservat cu nitriţi se gaseăte tot atacircta nitrozamină cacirct icircn 10 tablete de piramidon iar din fumul unei singure tigări se ingerează pacircnă la 100 ori mai mult decacirct icircntr-un pracircnz icircntreg cu salam)

Fluviile transportă spre ocean un flux de nitriţi de origine antropică de 10 ori mai mare

35

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Decacirct cel natural Cantitatea de fosfor mineral ce pătrunde icircn apă este de aprox 2Kgom an şi determină eutrofizarea apelor şi icircn special a bazinelor colectoare

Produşii petrolieri-mareele negrePoluarea apelor naturale cu compusi petrolieri este una dintre cele mai serioase probleme

Legate de ecologia biotopului Terra Poluarea petroliera a apelor s-a accentuat datoită intesificii exploatărilor petroliere marine şi datorită accidentelor de exploatare şi de transport Vase ( sunt transportate anul aprox1 miliard t petrol pe mare )şi conducte O cantitate icircnsemnată (03) este deversata icircn apele oceanului planetar icircn mod constient icircn procesele de spălare Primul accident de forare s-a produs 1971 la Santa Barbara California iar cel mai mare icircn Golful Mexic cacircnd icircntre iunie 1979 şi martie 1980 s-au scurs icircn ocean 500000 t petrol Mareele negre suferă transformari naturale de evaporare şi biodegradare icircn urma arora sunt transformaţi icircn noduli bituminosi şi colonizaţi de unele specii de crustacee Aceasta este cea mai gravă poluare a oceanului planetar care a ajuns şi icircn cel austral

Eutrofizarea antropogena a bazinelor acvaticePrin eutrofizare se icircnţelege icircmbogăţuirea unui mediu icircn substanţe biogene nutritive pentru anumite tipuri de organisme antropogen = făcut de om deci este vorba despre icircmbogăţirea apelor naturale icircn elemente nutritive ca urmare a activităţilor a intervenţiei umane Explicaţie substanţele implcate icircn ciclurile biologice suferă modificări biochimice succesive şi icircn final ajung icircn mediul acvatic- ca la reacţiile icircn lanţ substanţe biogene =hrana şi produsi metabolici = hrana transformată icircn urma unui metabolism Inceputul acestui lant este considerat pătrunderea icircn apă a formelor minerale ale azotului şi fosforului sau a substanţelor organice usor asimilabile iar funcţionarea acestui reactor paote fi măsurată prin cantitatea de substanţă organică sintetizată icircn unitatea de timp Ruperea lanţului are loc prin evacuarea substanţelor biogene prin depozitarea lor icircn depuneri de fund de ex datorită pescuitului excesiv Icircn conditii naturale starea staţionră se atinge greu Prin cresterea cantităţii de biogeni creste biomasa totală ceea ce duce treptat la eutrofizarea bazinelor acvatice Aceste procese sunt naturale dar atunci cicircnd drept conseciţă a activităţii omului cantităţile de azot şi fosfor deversate sunt mari atunci dezvoltarea vieţii depăseste posibilităţile biotopului şi de excantitatea exagerata de alge verzi de la suprafaţă apei va icircmpedica patrunderea reazelor de lumină icircn adicircncime icircmpedicacircnd fotosinteza deci nefurnizacircnd oxigenul necesar vieţii deci algele care se găsesc icircn straturi inferioare mor intră icircn putrefacţie iar concentraţia produsilor de descompunere mulţi dintre ei foarte toxici creste şi astfel viaţa este pusă icircn pericol

36

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

23 Tratamente de purificare a apelor de suprafaţă 231 Tratamentul chimic al apei

Dupa natura apei şi modelul ei de utilizare se disting trei tipuri principale de tratament fizico-chimic al acesteia şi anume

Tratamenul apei municipal potabile şi de uz menajerTratamenul apei industrial cu utilizari specificeTratamenul apei uzate

2311 Tratamentul apelor municipale

Apa folosita icircn zonele urbane provine icircn mod esenţial din racircuri sau lacuri Această apă de suprafaţă brută are nevoie de o serie de tratamente prealabile utilizării tratamente ce depind icircn mod esenţial de destinaţia de utilizare a apei Icircn orice caz exista un tratament general prealabil oricărei utilizări practice a apei tratament ce constă icircn operaţii de decantare simpla flocu-lare decantare filtrare oxidare a materiilor organice şi sterilizarea apei deferitizarea şi demanganizarea şi eventual pentru apa salmastră desalinizarea

Etapele de tratare sunt urmatoare1 Precipitarea

Al3+ + 3 H2CO3rarrAl(OH)3 + 3 CO2 +6H2OCa2+ + HCO3rarrCaCO3+ CO2 + H2O

2 Coagularea care consta din flocularea cu sulfat de aluminiu şi polielectroliţi

3 Limpezirea se realizeaza prin barbotare de CO2 urmată de scaderea pH-ului şi evacuarea coagulantului din bazinul secundar

4 Sterilizarea prin tratare cu clor ozon radiaţii ultraviolet5 Filtrarea finala6 Apa potabila

Apa este preparată astfel icircncacirct să poată suferi tratamente fizice şi chimice ulterioare special adaptate utilizării sale finale

Tratamente de baza ale apei municipalDatorită duritaţii sale sau din motive tehnologice şi economice sau din

cauza corosivităţii şi prezenţei faunei şi florei icircn toate ţările dezvoltate apele municipale sunt supuse unui tratament de baza suplimentar tratamentului prealabil menţionat

Pentru eliminarea depunerilor minerale de carbonat se aplica tratamente de decarbonatare după cum urmeaza

1 Decarbonatarea cu hidroxid de calciu care icircn general se utilizeaza pentru tratarea apelor potabile şi apelor din circuite industrial ce au duritate temporară ridicată

37

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Cum hidroxidul de calciu reacţionează cu bicarbonaţii alcalino-teroşi iar carbonatul de calciu şi magneziu sun compet eliminaţi

Icircn practică precipitarea şi clasificarea se fac fie Prin operaţia de decarbonatare catalitică cand precipitarea

se face pe granule de nisip sau de calcar care icircşi măresc dimensiunea şi se elimina periodic

Prin operaţia de decarbonatare flocurare cacircnd flacoanele de CaCO3 şi Mg(OH)2 se separă prin decantare

2 Decarbonatarea pe răşini schimbatoare de ioni este aplicată pentru apa de incălzire Icircn acest procedeu apa traverseaza

3 un pat de răşini shimbătoare de ioni slab acide Răşina este regenerată cu o soluţie de acid sulfhidric sau clorhidric Apa tratată are o duritate temporară nulă Acest procedeu nu este admis pentru dedurizarea apei calde menajere

Condiţionarea apeiCondiţionarea apei reprezinta tratamentul final care se aplica apei

pentru a proteja instalaţiile şi reţelele de termoficare contra depunerilor biologice Nu există o metodă unică de condiţionare a apei ci numeroase metode adaptate atacirct circuitului sau instalaţiei precum şi condiţiile de exploatare Există mai multe metode

2312 Tratarea apelor industriale

Apa este utilizată pe scară largă icircn industrie deoarece reprezintă materia primă fundamentală pentru orice activitate industrial Tratamentul industrial al apei se face ţinacircnd seama de necesităţile specifice ale ramurii industrial care o foloseşte Principiile fundamentale care stau la baza utilizării apei industriale sunt

1 Evaluarea cu precizie a cantităţii şi calităţii apei folosite icircn procese

2 Utilizarea secvenţială a apei3 Reciclarea icircn icircntreg sistemul industrial4 Respectarea standardelor de efluent

Pentru a obţine o apă industrială corespunzătoare necesităţilor specifice sunt folosite de obicei 2 tipuri de tratamente chimice şi anume

I Tratamentul extern care e identic cu cel folosit la apele municipale

II Tratamenul intern prin care se realizează o tratare specială icircn vederea obţinerii unei ape cu propietăţi speciale de utilizare Astfel mentionăm

Obţinerea apei complet deaerate sau dezoxigenate folosită mai ales icircn energetică

Tratarea cu dispersanţi de tipul lingosulfonaţilor pentru a preveni depunerile minerale icircn sisteme de transfer termic

38

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Tratarea cu inhibitori de coroziune pentru a preveni coroziunea sistemelor

Tratarea cu biocizi pentru a preveni depunerile biologice icircn sistem

Tratamentul pentru obţinerea apei ultrapure

232 Procese unitare de epurare a apelor uzate industriale

2321 Procese fizice

Procesele fizice de epurare sunt acelea icircn care substantele poluante nu sufera transformari icircn alte substante avand la baza principiile

a) separearea gravitationala a particulelor grosiere nedizolvate icircn apa sub influenta campului gravitational al pamantului prin sedimentare prin flotatie sau prin centrifugareEste posibil fenomenul de aglomerare (floconare) flocoanele avand mase mai mari şi care sedimenteaza mai erpede Un decantor care poate fi cu curgere a apei verticala şi orizontala Dupa forma decantoarele pot fi circulare şi rectangulare Evuacuarea apei limpezite se face prin deversoare

b) flotatia este un process unitarde separare din apa sub actiunea campului gravitational terestru a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus icircn apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase Flotatia se poate face icircn bazine circulare sau dreptunghiulare Icircn fig 32 se prezinta schema unei instalatii de flotatie cu aer sub presiune

c)filtrarea consta icircn trecerea apei printr-un mediu poros icircn care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice Filtrarea este un process de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri

d)retinerea pe gratare şi site a impuritatilor grosiere (crengi fire etc) pe gratare şi a celor mai mici pe site Viteza apei la intrarea icircn gratare este de cca 03ms pentru a evita depunerile pe gratar darn u mai mare de cca 1ms pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici şi realizatedin table metalice sau din placi de material plastic perforat Sitele pot fi statice şi mobile (ciururicu miscare de vibratie sau giratoare) Indepartarea materialelor din site se face cu perii prin simpla alunecare 9fig 33 ) unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare Sitele fine din testuri din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine

e) epurarea icircn filtre granulare şi filtre cu prestrat Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos Se mai folosesc filter cu

39

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

mai multe straturi de materiale granulare cu densitati diferite ( de ex Din antracit nisip cuartos granat) care pot fi spalate granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand icircn sensul de curgere

f) epurarea prin membrane Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente icircn curentul de apa care o strabate Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza materiale polimerice stabile icircn timp (poliamide polisulfone etc) Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza care poate fi directa sau inverse icircn functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrate şi invers Pot exista mai multe tipuri de module de osmoza ca de exemplu tubulare fig 34

Alte metode de epurare prin membrane suntultrafiltrarea ndash se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componentielectrodializa foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni respective cationic deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric ca la electrolizag) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta

faza nemiscibila cu apa care poate fi lichida solida sau gazoasa Astfel exsta extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent icircn care poluantul este mult mai solubil decat icircn apa apoi dupa agitare are loc procesul de sedimentare cand se formeaza doua straturiapa extrasa şi extractul) extractia lichid-lichid (icircn loc de solvent de foloseste aer gaze de ardere )De exemplu la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat

S2-+2H+=rarrH2S( hidrogen sulfurat molecular mai greu solubil icircn apa)

sulfura solubila icircn apa iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului şi icircn general a bazelor slabe volatile

NH 4

+

+OHminus

rarr NH 3+ H 20 (amoniac molecular greu solubil icircn apa)

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei icircn faza de vapori prin incalzire urmata de condensarea vaporilor deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa

40

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

i) inghetarea consta icircn trecerea apei icircn faza solida sub forma de cristale de gheata care se separa de solutia reziduala imbogatita icircn impuritati

j)spumarea este un process de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate datorita adaugarii unor agenti de spumare şi prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine

k)absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate icircn apa (fig 35) Materialul lichidsau solid pe care are loc retinerea se numeste absorbent şi substanta retinuta absorbat

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare carbunele active cenusa fina etc Cele mai utilizate instalatii de epurare prin absrbtie sunt de tip dynamic cu apturi fixe de carbune active Trebuie evitata colmatarea cu particule icircn suspensie Carbunele active poate retine o masa de substante organice de pana la 5 din greutatea sa Regenerarea se face pe cale termica la circa 9000C icircn atmosfera controlata

2322 Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare poluantii sunt transformati icircn alte substante mai usor de separate precipitate insolubile gaze care pot fi atipale care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adios de acizi sau baze

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu carecter basic (oxizi hidroxizi carbonate) Nutralizantii care sunt utilizati sunt piatra de var (carbonat de calciu) dolomite(carbonat de calciu şi magneziu) varul(oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf)

Neutralizarea apelor alkaline seface cu acizi reziduali cu gazelle de ardere bogate icircn CO2(14) etc Deoarece influentii au debite variabile icircn timp este necesara o bucla de reglare a pH marind debitul de agent neutralizant fig36

b) oxidarea şi reducerea

41

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti icircn altii mai putin nocivi Ca oxidanti se pot folosi oxigenul ozonul permanganate apa oxigenata clorul şi bioxidul de clor Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular

CN- + OClrarrCNO+Cl-

2CNO+3OCl rarrN2+2HCO3-+3 Cl-

Reducerea consta icircn transformarea unor poluanti cu character oxidant icircn substante inofesive care pot fi usor epurate Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent icircn vederea precipitarii acestuia ca hidroxid

Cr2O72- + 6 FeSO4+ 7 H2SO4harrCr2(SO4)3 +3Fe2(SO4)3+7H2O+SO42-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent sulfati acid sulfuros

c) Precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale icircn produsi insolubili Ca exemplu se da indepartarea florului din apa prin introducerea de ioni de calciu

2F-+Ca2+harrCaF2- precipitat

d) Coagularea şi flocularea ndash indepartarea unor particule prin sedimentare (cuagulare) şi destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intr particule (floculare) Se folosesc pentru particule coloidale Icircn acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici

e) Schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor folosind cationati icircn forma sodium (Na) iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu

2ZNa+Ca 2+harrZ2Ca+2 Na+

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa

2323 Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana respective sursa de carbon

Reactiile enzimatice au 2 faze

42

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

(1) moleculele de enzima şi de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) Complecsii se descompun eliberand produsul de reactie şi enzimaEnzima +Substrat harr(Enzima substrat)(Enzima substrat) rarr Enzima+Produs de reactieEpurarea biologica aeroba se realizeaza icircn constructii icircn care biomasa

este suspendata icircn apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane) sistemele fiind aprovizionate cu oxygen

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza icircn incnte inchise ( bazine de fermentare) ferrite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobePrin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile datorita continutului ridicat de metan

DezinfectiaDezinfectia este necesara icircn cazul apelor uzate care contin

microorganisme Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor prin dezinfectie nu se distrug toate Dezinfectantul patrunde prin peretele cellular şi denatureaza materiile proteice din protoplasma inclusive enzimele Un dezinfectant pentru apa este clorul active care actioneaza sub forma de ioni de hipoclorit cu efecte pronuntate la valori mici ale pH Dintre metodele fizice de dezinfectie cele mai utilizate sunt metoda termica şi iradierea cu radiatii de energie ridicata

II4Metode de implementare a unui metabolism industrial prin monitorizarea apelor

Unul dintre cele mai dificile procese de salubrizare cu care s-a confruntat tehnica secolului trecut este legată de modalităţile prin care apa uzată poate fi purificată Dificultatea vine icircn principal din diversitatea factorilor ce pot influenţa şi influenţează icircn timp real calitatea apei de pe glob şi implicit din cumulul de măsuri tehnologice ce trebuie luate pentru a obţine dintr-o apă poluată una curată

Icircn general apa poate fi afectată de mai multe elemente consumul uman casnic tehnologii ce folosesc apa icircn scopuri secundare şi care produc deversări icircnapoi icircn natură şi nu icircn ultimul racircnd chiar de natură sau mai precis de natura influenţată de poluarea icircn care trăim Dacă icircn urmă cu două-trei sute de ani apa de ploaie spre exemplu era considerată curată astăzi pacircnă şi aceasta necesită analize chimice pentru a-i certifica puritatea Astfel oricare ar fi originea uzurii apei şi tipul acestei uzuri tehnologia a dezvoltat patru modalitatăţi importante de filtrare

43

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Cele patru tipuri (fizic chimic biologic şi electromagnetic) sunt complementare şi tintesc spre varii impurităţi găsite la nivelul apei Icircn afara cazurilor grave cacircnd calitatea este atacirct de depreciată icircncacirct pacircnă şi o analiza empirica(culoare consistenţă gust) icirci demonstrează degradarea ndashapa este analizată pentru a decide icircn ce mod trebuie purificată

Astfel particulele anorganice aflate icircn suspensie icircn apă apoi paraziţii bacteriile (dintre care destul de multe sunt periculoase pentru om) algele viruşii şi anumite tipuri de fungi intră toate fie cumulat fie separat icircn atenţia acestor tehnici Desigur că pentru a reduce turbiditatea cacirct mai mult procesele pot deveni complicate dar putem vorbi de un standard răspacircndit icircn tehnologia purificării apei industriale ce urmează paşii de mai jos

Lichidul este menţinut icircn bazine mari pentru a lăsa particulele grele să se sedimenteze şi pe cele uşoare să plutească Acest procedeu relativ grosier asigură icircn special epurarea fizică a apei de impurităţi macroscopice uleiuri grăsimi etcIcircn cadrul celui de al doilea pas sunt eliminate particulele dizolvate şi particulele aflate icircn suspensie inclusiv elementele organice cum sunt microorganismeleIcircn treia etapă apa este filtrată fizic şi tratată chimic pentru a-i asigura puritatea

Acestor tehnici li se pot adăuga icircn funcţie de zonă şi scop alte tratamente specifice Cu cifre ce indică milioane de morţi la nivel global icircn fiecare an din cauza apelor contaminate şi zeci de milioane de cazuri de dizenterie din acelaşi motiv purificarea apei poate fi considerată o problemă reală şi o realitate icircn faţa căreia nu putem manifesta suficientă grijă şi dedicare Orice procedeu ce-i urmăreşte eficientizarea este aşadar binevenit iar conlucrarea acestora o utilitate de care vom avea tot mai mare nevoie

44

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Implementarea unui metabolism industrial prin valorificarea unei surse de energie

regenerabilă

31 Surse de energie regenerabila

Dezvoltarea societatii umane de-a lungul secolelor a fost strans legata de dezvoltarea mijloacelor de producere a energiei de cantitatea de energie consumata Este edificator icircn acest sens nu numai faptul ca inceputurile revolutiei industriale sunt legate de construirea primei masini de abur capabila sa produca energie mecanica icircn principiu icircn orice loc şi icircn orice moment ci şi faptul ca intreaga evolutie a societatii industriale este strans impletita cu dezvoltarea de noi resurse şi forme de energie

O scurta analiza a datelor privind evolutia societatii ne arata corelarea din ce icircn ce mai puternica a nivelului de trai al oamenilor cu productie de energie Datele oficiale publicate icircn diverse tari privind venitul mediu pe cap de locuitor şi consumul de energie pe cap de locuitor au permis construirea unui grafic foarte sugestiv Astfel dacă reprezentam pe axa verticala venitul mediu pe cap de locuitor icircn dolari pe an iar pe axa orizontala consumul mediu de energie pe cap de locuitor exprimat icircn tone conventionale de carbune atunci pentru fiecare tara va aparea pe grafic cate un punct (Fig 1) Asa cum se vede icircn figura 1 nivelul de trai intr-o tara este direct legat de

45

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

productia de energie din tara respectiva Statele Unite de exemplu care au numai 6 din populatia globului consuma peste 30 din productia mondiala de energie Icircn Europa consumul mediu de energie pe cap de locuitor este echivalent cu aproximativ 1000 de kg carbune fata de 300 kg carbune ce revine pe locuitor icircn Africa

Fig 1 Reprezentarea venitului mediu pe cap de locuitor fata de consumul de energie pe cap de locuitor pentru diverse tari Icircn perioada actuala necesitatile de energie electrica ale tarilor industrializate se dubleaza la fiecare 10 ani Chiar dacă se presupune o incetinire a exploziei demografice vor fi necesare alte surse de energie decat combustibilii clasici sau hidroelectricitatea

Tipuri de energie

Tipul de energie Durata icircn ani Rezerve cunoscute

Rezerve estimate

Energia fosila(carbinepetrolgaze) 80 160

46

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Energia de fisiune

-Reactori ordinari(randament15)

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

-Suprageneratoare(randament 60)t

minereuri de inalt continut

minereuri de continut slab

26

-

110

-

-

27middot104

-

11middot106

Energia de fuziune

-Litium(ciclul D-T cu randament 30)

-Deuterium(ciclul D-T cu randament 30)

2middot106

25middot109

Energii ldquoinepuizabilerdquo (solarageometricamarehidroelectricaeoliana)

infin

32 Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pămacircntului icircn fiecare zi Această energie poate fi captată şi folosita sub formă de caldură icircn aplicaţii termo-solare sau poate fi transformată direct icircn electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF)

Pentru a icircnţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară este important să icircnţelegem cum aceasta icircşi urmează cursul de la soare spre Pămacircnt şi cum acest flux se schimbă periodic

Cum produce soarele energie

47

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 14 milioane de km formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin) Această temperatură imensă combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decacirct

aceea a atmosferei Pămacircntului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc icircntre atomi de hidrogen care se combină şi formează atomi de helium Icircn urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare mai cu seamă raze gamma Icircn timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă icircn radiaţii cu energie mica Soarele a produs icircn acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani şi va continua să facă la fel pentru icircnca 4-5 miliarde

Cum este transportată energia pe Pămacircnt

Pămacircntul se roteste icircn jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km Radiaţiile se extind la viteza de 300000 de km pe sec viteza luminii Timpul necesar pentru a ajunge pe Pămacircnt este de aproximativ 8 min

48

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pămacircnt

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pămacircntului se numeşte constantă solară valoarea ei depinzacircnd de mai mulţi factori Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat Se observă scăderea constantei solare cacircnd suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui

Variaţia sezonieră

Pămacirctul se icircnvacircrte icircn jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte icircntr-o orbită eliptică icircn jurul soarelui o dată pe an Axa icircn jurul căreia se icircnvacircrte Pămacircntul este icircnclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală Această icircnclinare a dat nastere anotimpurilor cacircnd

axa Pămacircntului este icircnclinată spre soare emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara) Şase luni mai tacircrziu cacircnd axa nu este icircnclinată spre soare icircn emisfera sudică este vară deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pămacircntul este mai mare

Icircnălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare

321 Energia termo-solara

Introducere

49

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Tehnologiile termo-solare folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă energie electrică şi pentru a icircncălzii unele locuinţe Aplicaţiile termo-solare se icircntind de la un simplu sistem rezidenţial de icircncălzire a apei pacircnă la staţii foarte mari de generare a energie electrice

Isotria energiei termo-solare

Pe parcursul isotriei oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite icircntrebuinţări casinice Astăzi energia termo-solara este folosită aproape icircn orice climat pentru a furniza o sursa sigură şi ieftină de energie Icircn ultimii ani energia termo-solară este folosită pentru creearea aburilor ce alimentează turbine generatoare de energie electrică

Oamenii au folosit razele solare pentru diferite icircntrebuinţări de secole dar conceptul proriu-zis de energie termo-solară a aparut icircn anul 1767 cacircnd omul de stiinţa elveţian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau cutia fierbinte Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit icircn anul 1830 aceste cutii fierbinţi pentru a gătii icircn timpul expediţie sale icircn sudul Africii Energia termo-solară a devenit foarte importantă icircn unele părţi ale Africii pentru gătit şi pentru distilarea apei Icircncălzirea solară a icircnceput să ia amploare cacircnd Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de icircncalzire a apei icircn anul 1891 Ideea a prins repede icircn regiunile unde trebuia importat combustibil pentru icircncălzirea apei

Icircn anul 1987 aproape 30 din casele din Pasadena California (SUA) aveau un sistem termo-solar de icircncălzire Icircncălzirea solară a apei a icircnflorit (icircn SUA) icircn timpul aniilor icircn care preţul energie era mare (anii lsquo70) Datorită faptului că icircncălzirea apei icircntr-o reşedinţa poate icircnsemna pacircnă la 40 din consumaţia totală de energie icircncălzirea solară joacă un rol important icircn multe ţării De exemplu aproximativ 15 mil de clădiri din Tokyo Japonia şi peste 30 dintre cele din Israel au sisteme de icircncălzire solară a apei Energia termo-solară mai poate fi folosită şi indirect pentru alimentarea cu aburi a unei turbine generatoare de electricitate Aceasta metoda este foarte eficientă şi competitiva Prima aplicaţie comercială a acestui sistem a apărut la icircnceputul anilor lsquo80 Icircn Statele Unite aceasta industrie este coordonată de către Departamentul American de Energie şi a crescut foarte mult datorită proiectelor iniţiate de acesta

50

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Teorie

Energia electrică termo-solară se obţine cu ajutorul tehnologiilor ce folosesc radiaţiile solare pentru a obţine aburi Acesti aburi alimentează turbine generatoare de electricitate

Sistemele de icircncălzire a apei de dimensiuni mici folosesc colectoricu taler plat pentru a capta căldura soarelui icircn timp ce uzinele electrice alimentate de energia termo-solară folosesc procedee mai complexe pentru captarea radiaţiilor

Colectori cu taler plat

Colectorii cu taler plat transferă căldura soarelui către apă fie direct fie cu ajutorul altor lichide şi a unui sistem de schimbare a căldurii

Componentele unui colector cu taler plat

Colectorul este acoperit cu sticlă sau cu un alt material transparent pentru a menţine căldura solară icircn el Partea posterioară a colectorului se acoperă cu un matrial izolator pentru a nu lăsa căldura să se degaje Icircntre materialul transparent şi izolator se află un material de absorbire a căldurii

Există 3 tipuri de sisteme termo-solare de icircncălzire a apei ce folosesc colectorul cu taler plat

A Sistemul este format dintr-o pompă un colector şi un bazin de stocare Pompa trece apa prin

colector acesta o icircncălzeşte după care este stocată icircn bazin

B Sistemul este format dintr-un colector ce reprezintă icircn acelaşi timp şi bazinul de stocare

C Sistemul este format dintr-un colector şi un bazin de stocare a apei

51

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

322 Transformarea energiei termo-solare icircn energie electrică

Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiaţiilor soarelui

Sisteme de captare a energiei termo-solare

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razalor de soare1 Sisteme cu receptor central (alte poze la pagina )

Aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglizi plasate radiar

2 Sisteme cu albii (alte poze la pagina )Albiile sunt lungii formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe nişte ţevi umplute cu un lichid Acest lichid

poate atinge temperaturi foarte maride exemplu icircn centralele din Sudul Californiei poate ajunge pacircnă la 400 grade C

3 Sisteme cu parabolă (alte poze la pagina )Folosesc o parabolă ce concentrează radiaţiile solare spre un

colector montat icircn punctul focal al acesteiaAplicaţii

Apa caldă poate fi produsă la o scară mică pentru utilizări casinice sau la o scară mare pentru alimentarea centralelor electrice termo-solare Aplicaţiile la scară mică folosesc icircn general colectori cu taler plat icircn timp ce centralele electrice folosesc sisteme de concentrare a radiaţiilor solare

1 Apa caldă pentru uz cansnic

52

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Instalarea unui sistem ce foloseşte energia solară pentru icircncălzire este economic şi poate satisface 60-80 din totalul necesar de apă caldă

SRCC sau Solar Rating amp Certification Corporation este o organizatie non profit ce se ocupă cu asigurarea calităţii sistemelor termo-solare casnice

2Icircncălzirea piscinei3Icircntrebuinţări comerciale şi casnice4Centrale electrice termo-solareFolosind albii parabole sau receptori centrali uzinele electrice termo-

solare concentrează razele soarelui spre colectori care ating temperaturi foarte mari(uneori pacircnă la 600 de grade C) Astăzi există un număr mare de centrale comerciale active altele mai mari urmacircnd să fie construite

Cazuri particulare

1Spitalul St Rose din San Antonio Texas foloseşte un sistem termo-solar de icircncălzire pentru 90 din totalul de apa caldă necesară Sistemul are un bazin de 30000 de L şi un colector cu o suprafaţă de 5000 de metri pătraţi Acest mod de obţinere a apei calde ajută spitalul să economisească 17000$ pe an

2 Locatari acestui bloc din Honolulu Hawai au optat icircn anul 1984 pentru folosirea energiei termo-solare la icircncălzirea apei datorită preţurilor mari ale petrolului Sistemul foloseşte aproximativ 50 de colectori cu taler plat de 48 metri pătraţi şi un bazin de 13500 l pentru asigurarea a 70 din totalul necesar de apă caldă

3 Această centrală termo-solară foloseşte un sistem cu receptor central şi are o putere de 10 MW

4Icircn California de Sud (SUA) există 9 centrale cu sisteme de albii numite şi SEGS(Solar Electric Generating Systems) ce genereaza icircn total 354 de megawaţi Sistemele cu albii sunt cele mai fiabile şi economice sisteme termo-solare

53

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Avantajele energiei electrice termico-solare

se obţine electricitate şi apă caldă icircn acelaşi timp centralele pot fi adaptate la aplicaţiile pentru care sunt folosite poluarea este foarte mică sau inexistentă construirea centralor termo-solare se face mult mai repede decacirct a

centralelor conevenţionale

Viitorul energiei termo-solare

Pentru a creşte eficienţa sistemelor trebuie folosite materiale mai uşoare icircn construcţia colectorilor termo-solari Oamenii de stiinţa ai Departamentului American de Energie au constatat că sarea topită absoarbe şi stochează foarte eficient căldura soalară Deasemenea s-au făcut experimente la Universiatea din Chicago pentru dezvoltarea unui sistem de concentrare ce creşte intensitatea soarelui de 60000 de ori Guvernul american a planificat icircn anii următori construirea unor centrale de 100 MW ce folosesc sisteme de colectare cu receptor central

33 Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare icircn electricitate Icircn ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus Panourile fotovoltaice sunt icircn ziua de azi din ce icircn ce mai folosite mai ales icircn zonele izolate icircn care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale Sistemele fotovoltaice sunt uşor de macircnuit au nevoie rar de icircntreţinere şi nu poluează mediul icircnconjurator

TeorieCeluele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a

capta energia solară Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare

54

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Modul de functionare

Cand un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o raza de soare unul sau mai multielectroni sunt indepartati de nucleu(C) icircn locul acestora formandu-se gauri Aceste ldquogaurirdquosunt umplute ulterior cu alti electroni proces icircn urma caruia se degaja energie(D)

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul icircn care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă icircn energie electrică Se va explica numai cazul icircn care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu deşi există şi cazuri icircn care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare Totuşi principiile de bază sunt aceleaşiAlcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă icircntr-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 05 mm Celulele tipice au un diametru de 10 cm produc 1 W de energie şi sunt grupate icircn module de 12 Modulele sunt la racircndul lor grupate icircn panouri care formează dispozitive de captare a energiei solare

Modul de funcţionare al celulelor fotovoltaice

Cacircnd un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare unul sau mai mulţi electroni sunt icircndepărtaţi de nucleu(C) icircn locul acestora formacircndu-se găuri Aceste ldquogăurirdquo sunt umplute ulterior cu alţi electroni proces icircn urma căruia se degajă energie(D)

Randamentul celulelor fotovoltaice

55

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

CF conventionale transformă icircntre 5 şi 15 din energia solară icircn energie electrică Unele celule experimentale fabricate din materiale foarte scumpe au o eficienţă aproape dublă dar numai icircn anumite condiţii de laboratorTipuri de celule fotovoltaice

1CF conventionale2CF subţiri3CF sferice4CF multijuncţionale5CF policristaline6CF fără siliciu1Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de

siliciu Celulele de siliciu sunt relativ ieftine eficiente şi fiabile2 Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă

avansată CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decacirct celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe3Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas

Instruments Corporation Celulele sferice funcţionează icircn acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă

prin forma lor Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu

acoperite cu aluminiu pentru a asigura icircntre ele un contact electric Celulele sferice sunt uşor de fabricat sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciuluiMulte metale pot fi transformate icircn semiconductoare şi folosite icircn CF Unele dintre ele sunt deja folosite icircn timp ce altele sunt icircn fază experimentală

Conversia energiei solare icircn alte forme de energie

Pentru utilizarea energiei solare este nevoie de conversia acesteia icircn alte forme de energieconversii care sunt

conversia fototermicatildecare prez intatilde o mare importanţatilde icircn apl icaţ i i le industr ia le

( icircncatilde lz i rea c latildedir i lor prepararea apei calde de consum uscarea materialelor distilarea apei etc) icircn cazulconversiei fototermice adicatilde a

56

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

termoconversiei directe a energiei solare se obţinecatildeldura icircnmagazinatatilde icircn apa abur aer cald alte medii (lichide gazoase sau solide)Catildeldura astfel obţinutatilde poate fi folositatilde direct sau convertitatilde icircn energie electricatilde princentrale termoelectrice sau prin efect termoionic poate fi folositatilde prin transformatilderitermochimice sau poate fi stocatatilde icircn diverse medii solide sau lichide

conversia fotomecanicatildecare prezintatilde importanţatilde deocamdatatilde icircn energetica spaţialatilde unde

conversia bazatatildepe presiunea luminii datilde naştere la motorul tip velatilde solaratilde necesar zborurilor navelor cosmice Conversia fotomecanicatilde se referatilde la echiparea navelor cosmice destinate catildelatildetor i i lor lungi interp lanetare cu aşaz ise le pacircnze so lare la care dator i tatilde interacţiei icircntre fotoni şi mari suprafeţe reflectante desfatildeşurate dupatilde ce nava a ajuns icircn vidul cosmic se produce propulsarea prin impulsul cedat de fotoni la interacţie

conversia fotochimicatildecare poate prin douatilde moduri satilde utilizeze Soarele icircntr-o reacţie chimicatilde fie

direct prin exc i taţ i i luminoase a molecule lor unui corp fie indi rect pr in intermediu l p lante lor ( fotos intezatilde) sau a t ransformatilderi i produselo de dejecţ ie a animale lor Convers ia fotochimicatilde priveşte obţinerea pilelor de combustie prin procesele de mai susbull

conversia fotoelectricatildecu mari apl icaţ i i atacirct icircn energet ica solaratilde terestratilde cacirct ş i icircn

energet ic spaţ ia latildeConversia fotoelectricatilde directatilde se poate realiza folosind

proprietatildeţile materialelor semiconductoare d in care se confecţ ioneazatilde pi le le fotovol ta ice Problema a fostcomplet rezolvatatilde la n ive lu l sate l i ţ i lo r ş i navelor cosmice dar preţur i le pentruutilizatilderile curente sunt icircncatilde prohibitive

331 Metode de transformare a energiei

O celula fotoelectrica produce electricitate direct din energie solaraEnergia solara poate fi transformata pentru a fi folosita altundeva sau utilizata directEnergia solara directa cuprinde o singura transformare intr-o forma folosibila De exemplu

Lumina solara loveste o celula fotoelectrica formand energieLumina solara loveste suprafata neagra absorbanta a unui colector solar termal sisuprafata se incalzeste

57

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Lumina solara este concentrata pe un cablu de fibra optica montat icircn exterior care ova conduce icircn interiorul cladirilor pentru a suplimenta luminozitateaEnergia solara indirecta cuprinde mai mult de o transformare pentru a ajunge la oforma utilizabila Multe alte tipuri de generare a energiei sunt generate solar indirect Statiilehidroelectrice produc energie solara indirectaVegetatia foloseste fotosinteza pentru a converti energia solara icircn energie chimicacare poate fi folosita ca un combustibil pentru a genera electricitateEnergia obtinuta din petrol carbune şi turba se trage din energie solara capturata devegetatie icircn trecut şi fosilizatBarajele hidroelectrice şi turbinele eoliene sunt alimentate indirect de energia solaraprin interactiunea sa cu atmosfera terestraE n e r g i a o b t i n u t a d i n g a z e n a t u r a l e p o t fi d e r i v a t e d i n e n e r g i e s o l a r a fi e c a biocombustibil fie ca un combustibil fosilizat

Desfasurarea puterii solare

Desfasurarea puterii solare se bazeaza icircn mare parte pe conditiile locale şi cereriDar toate natiunile industriale impart o nevoie pentru electricitate este o certitudine faptul caputerea soara va fi din ce icircn ce mai folosita pentru a suplini ca suplinitor fiind o electricitate ieftina şi de incredereNumeroase instalatii tehnice fotovoltaice cu o capacitate de 300 pana la 600 kWsunt conectate la gratare le e lectr ice d in Europa ş i Statele Unite Al te cercetar i majorecerceteaza caile economice de stocare a energiei care este colectata de la razele soarelui intimpul zilei

332 Dezvoltarea comerciala a puterii solare concentrate

O companie numita Stirling Energy Systems(SES-Sisteme energetice de miscare)din Phoenix Arizona dezvolta un sistem CSP(Concentrated Solar Power) numit The dishStarling System ce concentreaza lumina soarelui pentru a produce electricitateSES a semnat recent un accord cu doua firme precum Southern California Edison siSan DiegoampElectric pentru a dezvolta un larg proiect solar icircn desertul Californiei sudice ceutilizeaza Dish Starling System(Sistemul de miscare cu farfurii) pentru a genera mari cantitatide electricitate solaraUn avantaj al conceptiei SES este acela ca farfuriile opereaza icircn serii şi

58

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

de aceeeadaca o farfurie trebuie scoasa din functiune pentru reparatii sau inlocuiri acest lucru nu va afecta operatia globala

Aplicaţiile CF Solutii pentru viitor Icircn e f o r t u l d e a d i v e r s i fi c a s u r s e l e d e e n e r g i e m e n i t s a a si g u r e icirc n c o n t i n u a r e dezvoltarea energeticii specialistii şi-au indreptat privirea sis pre SoareAstrul zilei emana cudarnicie pe Pamant numai icircn decurs de o saptamana o energie echivalenta cu a tuturor surselor energetice ale planetei noastreIcircn viitor energia silara urmeaza sa joace un rol totmai important icircn functionarea instalatiilor din intreprinderi icircn asigurarea transporturilor ca siin alte domenii ale activitatii umanePr inc ipa la problema ce se r id ica este co lecterea aceste i energi i ş i mai cu seamacolectarea eiI domeniul colecterii esentiala este celula fotovoltaicase pare ca introducereahidrogenului ca mediu de transmisie depozitare şi distribuire ar fi cea mai convenabilapelanga aceasta s-a mai studiat incalzirea cu vapori cu aer şi sare topitaAstfel inca din 1990s-a inceput construirea unor centrale solare care s-au aflat la inceput pe ldquobancul de probardquoPrin urmare pe o suprafata de 10793 m2

au fost instalate 201 de captatoare care f u n c t i o n a u c u u n r a n d a m e n t d e 1 2 Icirc n a c e e a s i p e r i o a d a a f o s t o b t i n u t u n r e c o r d a l randamentului de 25aceasta centrala dispunea de 224 de oglinzi fiecare cu un diametrude 11 m2

Productia acesteia se estimeaza la 250 kwhSpecialistii au ajuns atunci la concluzia ca este timpul sa fie instalata pe ldquobancul deproba ldquo ş i o centra la hel io -energet ica sate l i t p lasata pe o orbi ta geostat ionara Aceasta centrala inzestrata cu celule fotovoltaice ar receptiona permanent energia solara intr o c a n t i t a t e d e z e c e o r i m a i m a r e d e c a t p e P a m a n t u n d e a r t r a n s m i t e - o s u b f o r m a d e microundeO declaratie facuta de Aurel Dianu ndashun amator al acestui domeniu icircn anii rsquo90-legatade acest tip de centrale solare avea inca de pe atunci o nuanta de sperantardquoDupa calculelefacute o asemenea stat ie ar t rebui sa a iba o lungime de 9 km ş i o lat ime de 5 km iar panourile ce ar urma sa fie montate ar atinge greutatea de 50000 tone fiecare ceea ce ar necesita rachete foarte puternice pentru plasarea lor pe orbita Cu toate acestea oamenii de stiinta sunt optimistiei sunt convinsi ca nu peste multtimp una sau mai mlte asemenea centrale care azi ne par de domeniul fantasticului vor ajunge pe ldquobancul de probardquo evoluand icircn jurul planetei albastre şi furnizandu-I energia decare este atat de insetatardquoSe pare ca optimismul oamenilor de stiinta a avut icircn cele din urmaun finish

59

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Se pun mari sperante icircn perfectionarea automobilului electric socotit a fi cel maiprobabil urmas al actualelor masini cu motoare termiceUn automobile electric prezinta multe avantaje este nepoluant mecanica lui se simplifica spatiul afectat calatorilor şi sarcinii utilecreste motoarele lui au un randament net superior celor termice inca din stadiul actual darnnu exista inca mijloace de acumulare a electricitatii sufficient de puternice pentru a asiguraautomobilului de acest tip o raza de actiune comparabila cu a celui clasic Noi folosim astazi energia Soarelui indirect atunci cand recurgem la combustibilii fosili Daca petrolul provine din resturile fosile ale unor fiinte ce au utilizat energia solara iar carbunii la fel inseamna ca toti acesti combustibili fosili nu sunt decat un gen de acumulatoride energie ce nu pot fi refacutiOdata consumati ei nu se pot forma la loc decat icircn zeci demii de aniPutem icircn schimb considera intreaga planeta un urias panou solar ce acumuleazaenergie sub forma combustibililor fosilideducem din aceasta ca odata epuizati ldquoacumulatoriirdquofosili energia solarta trebuie valorificata direct asa cum fac fiintele vii Pamantul primeste de la Soare sub forma de radiatii o energie de circa 0135 Wcm2 icircn stratosfera ceea ce corespunde la mai mult de 10000 kWhectar la nivelul solului Aceastaenergie era valorificata de om icircn cele mai multe aplicatii concentrand-o cu ajutorul oglinzilor şi transformand-o icircn energie termicaOdata cu punerea la punct a elementelor fotovoltaice semiconductoare ce auproprietatea de a transforma direct energia luminoasa icircn energie electrica şi trecerea lafabricatia icircn serie a acestora au fost deschise noi posibilitati de utilizare a enrgiei solare Primii beneficiari ai acestor surse de energie fotovoltaica au fost satelitii artificiali ai Pamantului Pentru ei energia solara este abundenta şi foarte la indemana

Extinderea panourilor de captare a luminii Soarelui le poate permite sa obtina energia necesara instalatiilor de automatizare şi telcomunicatii de la bord pentru o perioada de timp teoretic nelimitata

Ideea de a construi un automobile cu panouri solare nu este noua Aplicati i aleacestor panouri icircn domeniul constructiei automobilelor au fost brevetate şi la noi icircn tara

60

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Ex is ta de exemp lu un brevet de invent ie ( ca re a fos t rea l i za t p rac t i ce ) pent ru inglobarea unor cellule fotovoltaice icircn parbriz şi celelalte geamuri laterale Aceste celulefurnizeaza curent electric pentru incarcaea bateriei atunci cand automobilul stationeaza Inprincipal modul defunctionare al unui automobil cu propulsie fotoelectrica ar fi urmatorul energia solara ce cadepe panourile masinii este furnizata unei baterii de acumulatoare La nevoie energia electrica fu rn iza ta de acumu la toare es te t ransmisa unu i motor e lec t r i c de cu ren t con t inuu cepropulseaza masina Icircn cazul icircn care deplasarea se face icircn plin soare energia furnizata depanouri serveste direct propulsiei acumulatorii fiiind silicitati numai atunci cand este umbrasau vehiculul urca pe o panta abrupta Incercarile de a construi astfel de vehicule au ramas la stadiul amatorismului panacand un gru[p de entuziasti ai domeniului au avut idea de a institui un trofeu de traversare aAustraliei pe o lungime de 3004 km intre orasele Darwin şi Adelaide Lansarea concursului afost opera australienilor deoarece pe acest continent soarele este foarte puternic şi icircn acestmod initiatorii ar fi putut stimula proiectarea şi constructia automobilelor electrice care ar putea inlocui maine automobilul classic icircn primul rand acoloEste un produs cu totul deosebit şi pentru a sustine aceasta afirmatie va prezentamrezultatele din timpul curseiviteza maxima atinsa- 113 kmh viteza medie de parcurgere aintregii distante- 67 kmhAre forma unei jumatati de picatura de apa forma anticipata şi brevetata inca dinperioada interbelica de inginerul roman Aurel Persu Corpul automobilului este realizat dinmateriale ultrausoare imprumutate din industria aeronauticaPe un sasiu din tevi de fibra decarbon a fost montata caroseria ai carei pereti au fost realizati din folii de Kevlar(un materialplastic modern) presate icircn straturi suprapuse cu numai 15 mm grosimeColectorii solari dinsiliciu de acelasi tip ca şi aceia care furnizeaza energie satelitilor artificiali ai Pamantului sunt foarte bine protejati de intemperii

61

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Pentru a nu se diminua calitatile aerodinamice ale automobilului colectorii au fostinglobati icircn caroserieAceasta contine astfel 7200 de cellule distinctePentru al proteja peconducatorul vehiculului de actiunea directa a razelor de soare toata calota transparenta afost acoperita cu o pelicula metalica cu o grosime de cativa micronidesi are patru rotiautovehiculul este propulsat de una singuracu alte cuvinte o singura roata este cuplata lamotorul electricAcesta este un motor de curent continuu avand o conceptie de ultimaoraPuterea maxima furnizata este de circa 2 CP Ea totusi permite automobilului sa acelereze de la 0 la 100 kmh icircn mai putin de 20secundeMasa intregului ansamblu este de aproximativ 180 kg cu tot cu acumulatorii de tipzinc-argintLa bord se afla un calculator care asigura un consum de electricitate optim Astfelca l cu la to ru l ldquoo rdonardquo e l i bera rea de ene rg ie d in acumu la to r i sau i nve rs i ncarcareaacumulatorilor atunci cand este necesar chiar icircn timpul mersului Alaturi de acest vehicul cu propulsie solara au luat startul icircn cursa şi vehicule mult mai simple Unul dintre acestea venea tocmai din Hawaii Acest vehicul folosea pentruinstalarea celulelor nu numai planul orizontal ci şi niste suprafete lateraleMai mult formareapanoului solar a fost conceputa astfel incat sa permita utilizarea pentru propulsie a vantuluilateralConstructorii sustin ca acasa icircn Hawaii au obtinut la probe peste 40 kmh numai cuajutorul vantuluiIcircn timpul cursei icircn Australia insa vantul nu a fost deloc favorabilSolutia cea mai raspandita printre constructorii amatori prezenti la start a fost aceeeade a adapta o cabina de planor vechi la un sasiu cu patru roti şi de a monta deasupra cabineiun pan ou cu ce lu le so la re Pent ru a se spor i randamentu l i n s ta la t i e i de incarcare aacumulatorilor suprafata panoului este orientabila lateralAceasta a fost solutia utilizata deocupantii locurilor 2 şi 3 -care au sosit la doua zile şi jumatate dupa invingator dar la numaidoua ore şi jumatate intre ele Cursa s-a sfarsit la cinci zile de la trecerea finishului de catreprimul vehicul astfel incat au terminat cursa regulamentar numai trei masiniAcest concurs a demonstrate posibi l itatea trecerii automobilului solar din randul himerelor icircn cel al realizarilor tehnice de perspective Automobilele prezentate la concurs au fost icircn majoritate improvizatii ce tindeau sa demonstreze idei noi fara a avea un character professional cu una sau doua exceptii Daca automobilele moderne au nevoie de mult mai multa electricitate decat cele deacum o jumatate de secol aceasta se intampla nu deoarece aparatul de bord consuma inplus ci mai ales pentru a acoperi necesarul instalatiilor aferente confortului sporit pe care iloferaAutomobilul solar este inca departe de cel classic icircn

62

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

drumul sau de cucerire asoselelor lumii dar indiscutabil primul pas a fost facutŞi icircn acest domeniu viitorul apartinetehnologiilor neconventionale

Cutia postala cu semnalizator solar Intrebuintand un emitator de foarte mica putere actionat de cateva celulefotovoltaice cutia postala (special conceputa) isi anunta proprietarul ca are corespondentaO soner ie sau un ave r t i zor opt i c i n t ra icircn func t iune de indata ce icircn cut ie s -a i n t roduscorespondenta Acelasi efect poate fi obtinut prin actionarea unui releu la deschidereacapacului cutiei şi transmiterea prin doua fire a semnului direct la o sonerie

Sistemele fotovoltaice alimenteaza icircn prezent mii de sisteme de comunicatii izolateprecum sistemele de radio telefoane sisteme de control etcDatorita coroziunii metalelelor se foloseste protectia catodica alimentata de panouri fotovoltaice deoarece acestea pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

Piaţa CF s-a dezvoltat rapid astfel că icircn ziua de azi există foarte multe aplicaţii ale acestora Cu cacirct preţurile vor scădea mai mult cu atacirct sistemele fotovoltaice se vor icircnmulţii

1Aplicaţii casnice Unele locuinţe folosesc sistemele fotovoltaice pentru a icircnlocui sau

suplimenta sursele de energie electrică convenţionale Un sistem casnic independent este format din panouri solare(A) o baterie(B) care stochează energie pe timpul nopţii şi un mecanism(C) ce permite aparatelor casnice convenţionale să fie alimentate cu electricitate solară Unele locuinţe folosesc aparate casnice speciale pentru energia electrică solară

2Alimentarea sistemelor izolateSistemele fotovoltaice alimentează la ora actuală icircn toata lumea mii

de sisteme de comunicaţii izolate Ele pot fi reprezentate de sisteme radio telefoane sisteme de control şi multe altele

Icircn fiecare an coroziunea metalelor aduce pagube de milioane de dolari icircn toată lumea Pentru a prevenii aceste coroziunii se foloseşte protecţia catodică adeseori alimentată de panouri fotovoltaice Cele mai multe sisteme de protecţie catodica au nevoie de mai puţin de 10 kW de energie electrică

Capacitatea bateriilor scade dacă acestea nu sunt folosite o perioadă mai lungă de timp Pentru a prevenii această problemă sistemele fotovoltaice pot furniza bateriilor un curent mic şi constant

63

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Sistemele de avertizare izolate pot fi deasemenea alimentate de electricitatea solară

Icircn Statele Unite există peste 6000 de sisteme de iluminat alimentate cu panouri fotovoltaice

Pentru a menţine unele sisteme de irigaţii se foloseşte energia electrică solară obţinută cu ajutorul celulelor fotovoltaice

Cazuri particulare

1 Icircn Republica Dominicană s-a demarat un program de promovare a energiei electrice solare icircn mediul rural Icircn urma acestui program icircnceput icircn anul 1985 s-au instalat peste 1000 de sisteme fotovoltaice

2 Panourile fotovoltaice pot oferi o sursă de energie sigură şi pentru perioade scurte de timp sau icircn cazul icircn care este nevoie neapărată de electricitate Acesta a fost cazul icircn SUA Florida dupa ce uraganul ldquoAndrewrdquo a distrus aproape toate posibilităţiile de alimentare cu energie electrică

3 O instalaţie fotovoltaică alimentează sistemul de comunicaţii de pe vacircrful Onyx icircn SUACalifornia Staţia se află la 3300 de metri altitudine condiţiile meteo fiind adeseori foarte aspre cu vacircnturi ce ating o viteza de 200 kmh şi zăpezi ce depăşesc 2 metri Icircnainte de instalarea sistemului de alimentare solară staţia folosea 3 generatoare diesel de 75 kW ce consumau 26500 L de combustibil anual

4 Icircn Mali Africa au fost instalate icircn jur de 100 de sisteme de extragere a apei alimentate fotovoltaic Acest proiect a ajutat foarte mult societăţiile sărace africane

Dezvoltarea durabila pe baza unei energii regenerabile

Certitudinile prezentuluihellip Pe 1 m 2 de suprafata la nivelul solului de-a lungul paralelei de 45o se pot capta annual 500-700x10 3 kcal ceea ce reprez inta

64

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

c irca 75-100 kg cc (combust ib i l conventional considerat cu 700 kcalkg) echivalent cu 75-100 kg de carbune de calitatesuperrioara sau 200-500 kg lignit sau 40-80 m3 gaze naturale sau 45-70 kg petrol

Intre opt imismul afirmat i i lor ca energia so lara este universala gratu i ta curate ş i inepuzabila şi pesimismul celor care considerau ca energia solara este periodica aleatoarede mica densi tate ş i ca t ransformarea e i icircn electr ic i tate sau caldura ar ldquodeposedardquo taranoastra de teren agricol s-a ales calea stiintifica a estimarii potentialului energetic economicsolar şi s-au definitivat doua categorii de solutii una pentru uz individual instalatii simple şi i e f t i n e d e c a p t a r e a e n e r g i e i s o l a r e ş i e a d e a d o u a p e n t r u u z i n d u s t r i a l i n s t a l a t i i profesionalizate pentru producerea de apa şi aer cald pentru uz menajer abur tehnologicetc

hellipArgumente ale viitorului Pentru ut l i zarea pe v i i tor pe scara larga a energie i so lare p ledeaza insusi costu lacesteia Astfel icircn tara noastra gigacaloria a fost intotdeauna mai ieftina decat icircn oricare alta solutie

I n c a d i n 1 9 8 6 s e e s t i m a c a a n u l 2 0 0 0 v a a d u c e u n a p o r t s o l a r d e 2 - 1 0 d i n necesarul de energie pr imara a l omenir i i c i f re le var i ind de la o tara la a l ta icircn funct ie deposibilitatile tehnologice şi financiare de pozitia geografica şi disponibilitatile de combustibili clasici Ş i a l te c i f re au ldquopledatrdquo convingator icircn cazul convers ie i icircn energie e lectr ica d ine n e r g i a m e d i e a n u a l a d i s p n i b i l a l a s ca r a p l a n e t a r a l a s u p r a f a t a s o l u l u i d e 8 0 0 - 1 5 0 0 kWhm2an icircn functie de solutiile tehnice utilizate se pot capta 80-150 kWhm2an iar totnecesarul de energie primara al omenirii este echivalent cu enrgia ce se poate capta de la Soare icircn conditiile de randament actual pe o suprafata de circa 1000000 km

Concluzii

bdquoNatura nu ne cere sa fim geniali ajunge sa fim rationalirdquo

Mariana Fulger

65

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

Un metabolism industrial poate fi realizat cu efecte ecologice positive necesare pe de o parte proiectarea proceselor de productie icircn sensul reducerii consumului materiilor prime şi a energiei iar pe de altă parte reducerea cantitatii de deşeuriAstfel trebuie sa fie utilizate cele mai potrivite tehnologii pentru reducerea emisiilor de deşeuri şi poluanti icircn apa aer şi sol

Tehnologia poate fi utilizată icircntru realizarea reducerii cantităţii deşeurilor din mediului icircnconjurător prin acţiuni multiple Dezvoltarea de noi metode performante de control analitic pentru evaluarea nivelului de poluare a factorilor de mediu apă aer sol precum şi a sedimentelor şi deşeurilor cu diferite categorii de poluanţi este un lucru impetuos necesar

Tehnologia poate fi un aliat icircn lupta icircmpotriva poluării dacă este utilizată icircn mod corect De exemplu utilizarea controlului computerizat ar duce la obţinerea maximului de eficiecntă aplicarea proceselor şi materialelor care permit reciclarea lor sau aplicarea biotehnologiilor avansate

Găsirea soluţiilor de oprire a poluării naturii sau cel puţin a diminuării ei devine o prioritate Tehnologia trebuie ajustată după nevoile naturii nu numai după cele ale omului Implementarea sistemelor tehnologice icircn problemele de protecţie trebuie să atragă implicarea domeniilor principale ale societăţii economia politica şi stiinta şi tehnologia

Protecţia mediului ca sarcină fundamentală a societăţii omeneşti are ca piatră de temelie două concepţii- cea social-culturală despre protejarea vieţii şi cea ştiinţifico-tehnologică de dezvoltare durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă desemnează totalitatea formelor şi metodelor de dezvoltare socio-economică al căror fundament icircl reprezintă icircn primul racircnd asigurarea unui echilibru icircntre aceste sisteme socio-economice şi elementele capitalului natural

Durabilitatea reprezintăcaracteristica unui proces care poate fi menţinută icircn timp nelimitat la un anumit nivel Ecologic vorbind dezvoltarea durabilă se concentrează asupra obtinerii celor mai benefice rezultate pentru mediul icircnconjurător cicirct şi pentru om atacirct acum cicirct şi icircn viitor

Icircn concluzie implicarea societatii umane icircn problemele de mare actualitate ale protejarii mediului reprezinta o alarmare şi constientizare a omenirii a tuturor probelemelor cauzate de sistemul antropic a daunelor ecologice produse societate ce nu percepe şi nu se lupta icircn scopul unei dezvoltari durabile fara precedent

Nu poi forţa o plantă să crească icircncercacircnd să o tragi de frunze ceea ce

66

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

poţi face este să creezi mediul propice icircn care poate prospera

Etienne Wenger 1999

bdquoCand va fi taiat ultimul copac şi va fi otravit ultimul rau atunci oamenii vor intelege că banii nu vor servi drept hranărdquo

Bibliografie

67

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68

1 Alexandra Banu Octavian Radovici ndash Elemente de ingineria şi protecția mediului Editura Tehnică București 2007

2 Ruxandra Mădălina Petrecscu-Mag ndashPolitici instituţii şi legislaţie pentru mediu Editura AcademicPres Cluj-Napoca 2008

Webografie

1 httpwwwcalitateaerroparametriphp

2 httpwwwenergie-eolianacom

3 httpwwwgreenagendaorg

68