energia si antroposfera

22
Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului 3. Energia şi antroposfera ▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬ Capitolul 3 3. Energia şi antroposfera Introducere Prima şi cea mai veche sursă de energie utilizată de către om au fost alimentele ingerate de omul primitiv. Apoi, cine ştie când, el foloseşte focul produs prin arderea lemnelor, obţinând pe această cale energia calorică şi lumina pentru a găti alimentele şi a se proteja de frig şi prădători. Când societatea bazată pe vânătoare s-a diversificat în societatea agricolă, oamenii au început să utilizeze o nouă sursă de energie, cea mecanică, produsă de animalele domestice de tracţiune” (Banu şi Radovici, 2007, p. 163). Odată cu trecerea de la societatea agricolă primitivă la societatea agricolă avansată şi ulterior la societăţile industriale şi tehnologice avansate, munca efectuată de om cu ajutorul animalelor a fost înlocuită de cea realizată de maşini şi tehnologiilor din ce in ce mai complexe, determinând o creştere, fără precedent, în contemporaneitate, a unei mari diversificări de bunuri de consum necesare desfăşurării vieţii. Se cunoaşte că necesităţile zilnice energetice ale corpului uman se cifrează în medie la 2 000 kcal (kilocaloria fiind unitatea energetică utilizată în dieta alimentară). Valoarea de 2 000 kcal . zi – 1 reprezintă energia consumată zilnic de omul primitiv pentru a trăi. „Studiile contemporane au precizat că valoarea consumului energetic din societatea modernă cu tehnologii avansate a crescut enorm, ajungând în ţările cu industrii şi tehnologii avansate la 250 000 kcal . zi – 1 şi pe om (per capita). Această nouă situaţie a dus în ultimul secol la creşterea enormă a necesităţilor energetice ale societăţii, la cercetarea şi diversificarea surselor energetice necesare desfăşurării vieţii în antroposferă, problema resurselor energetice devenind una dintre cele mai frustante şi dificile pentru om” (Banu şi Radovici, 2007, p. 164). Dacă ne referim numai la continentul european, dezvoltarea durabilă este scopul fundamental al ţărilor Uniunii Europene, iar cerinţa ca dezvoltarea durabilă să devină obiectivul pivot al tuturor politicilor şi sectoarelor a devenit o prioritate europeană. În final, ţinând cont de costul producerii energiei şi de reducere în viitor a surselor de combustibili fosili, este 34

Upload: hliban-andreea

Post on 27-Jun-2015

275 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

Capitolul 3

3. Energia şi antroposfera

Introducere„Prima şi cea mai veche sursă de energie utilizată de către om au fost alimentele

ingerate de omul primitiv. Apoi, cine ştie când, el foloseşte focul produs prin arderea lemnelor, obţinând pe această cale energia calorică şi lumina pentru a găti alimentele şi a se proteja de frig şi prădători. Când societatea bazată pe vânătoare s-a diversificat în societatea agricolă, oamenii au început să utilizeze o nouă sursă de energie, cea mecanică, produsă de animalele domestice de tracţiune” (Banu şi Radovici, 2007, p. 163).

Odată cu trecerea de la societatea agricolă primitivă la societatea agricolă avansată şi ulterior la societăţile industriale şi tehnologice avansate, munca efectuată de om cu ajutorul animalelor a fost înlocuită de cea realizată de maşini şi tehnologiilor din ce in ce mai complexe, determinând o creştere, fără precedent, în contemporaneitate, a unei mari diversificări de bunuri de consum necesare desfăşurării vieţii.

Se cunoaşte că necesităţile zilnice energetice ale corpului uman se cifrează în medie la 2 000 kcal (kilocaloria fiind unitatea energetică utilizată în dieta alimentară). Valoarea de 2 000 kcal . zi – 1 reprezintă energia consumată zilnic de omul primitiv pentru a trăi.

„Studiile contemporane au precizat că valoarea consumului energetic din societatea modernă cu tehnologii avansate a crescut enorm, ajungând în ţările cu industrii şi tehnologii avansate la 250 000 kcal . zi – 1 şi pe om (per capita). Această nouă situaţie a dus în ultimul secol la creşterea enormă a necesităţilor energetice ale societăţii, la cercetarea şi diversificarea surselor energetice necesare desfăşurării vieţii în antroposferă, problema resurselor energetice devenind una dintre cele mai frustante şi dificile pentru om” (Banu şi Radovici, 2007, p. 164).

Dacă ne referim numai la continentul european, dezvoltarea durabilă este scopul fundamental al ţărilor Uniunii Europene, iar cerinţa ca dezvoltarea durabilă să devină obiectivul pivot al tuturor politicilor şi sectoarelor a devenit o prioritate europeană.

În final, ţinând cont de costul producerii energiei şi de reducere în viitor a surselor de combustibili fosili, este necesar ca geochimistul să se ocupe de creşterea eficienţei în utilizarea energiei. Pentru aceasta termodinamica (studiul transformărilor energiei şi a relaţiilor dintre proprietăţile fizice a substanţelor afectate de aceste schimbări) aduce o contribuţie majoră la studiul şi aplicarea practică a noilor sisteme de energie, precum şi revitalizarea celor vechi.

„În mod tradiţional, termodinamica a fost implicată în analiza diverselor probleme legate de producerea şi utilizarea energiei: 1dispozitive staţionare şi 2mobile de producere a energiei, 3procese de refrigerare şi de 4condiţionare a aerului, 5compresori şi 6expansori de fluide, 7motoare cu reacţie şi 8rachete, 9procese chimice (cele din rafinăriile de petrol), 10arderea combustibililor minerali (cărbuni, petrol, gaze). Recent s-au dezvoltat alte domenii importante cum ar fi: 1unităţile solare pasive şi 2active, 3utilizarea energiei geotermice, 4obţinerea energiei eoliene, 5a energiei valurilor, precum şi 6utilizarea diferenţei de temperatură între straturile de suprafaţă şi de adâncime ale oceanelor (conversia energiei termice a oceanelor). Alte domenii de interes includ: 7energia produsă de biomasă, 8energetica hidrogenului, 9pile cu combustibili, 10pile fotovoltaice, 11dispozitive termoionice şi 12magnetostatice” (Banu şi Radovici, 2007, p.165).

3.1. Surse naturale de energie

34

Page 2: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

3.1.1. Surse externe. Pe Terra, sursa fundamentală de energie externă este Soarele. Soarele este o

stea de mărime medie, constituită din materie solară gazoasă, alcătuită geochimic din 92,19% hidrogen, 7,8% heliu, precum şi cantităţi infime de oxigen, carbon, azot, neon, siliciu etc. Masa enormă a Soarelui creează condiţia ca în centrul său să se declanşeze reacţii de fuziune nucleară, prin care protonii (atomii de hidrogen) să fuzioneze între ei formând deuteriu, apoi tritiu, pentru ca în final să se producă heliu. Ansamblul acestor reacţii produc în afară de deuteriu 2D, tritiu 3H, heliu 4He şi neutrino 0v, pozitroni e+ şi fotoni care se întâlnesc în radiaţiile solare.

Soarele disipează energia sa sub forma radiaţiilor, care majoritatea sunt în ultraviolet, vizibil şi infraroşu, la care se adaugă reziduurile de la reacţiile nucleare (radiaţii X, şi neutrino), iar în final, unde radio produse prin fenomene de suprafaţă (ejecţia de masă coronală). Puterea emisă de către Soare este de 3,83 . 1026 w . (J. s - 1) ori 1,15 . 1034 J . an – 1.

Sursele externe de energie primară provin din energia solară. Din energia solară disponibilă, 35% este reflectată în spaţiul cosmic, iar 65% este absorbită de atmosferă şi suprafaţa terestră. Energia solară absorbită de atmosferă produce încălzirea acesteia.

Prin încălzirea neuniformă a atmosferei, datorită sfericităţii Terrei, în atmosferă se creează centri barici, care la rândul lor, produc deplasarea maselor de aer, ducând în final la formarea şi distribuirea vânturilor. Vântul stochează energia solară sub forma energiei cinetice, din care numai o parte poate fi utilizată ca energie calorică utilă. Vânturile au un potenţial distructiv ridicat în timpul furtunilor sau uraganelor. Prin frecarea suprafeţei oceanelor, vânturile produc valurile care consumă o altă parte din energia cinetică.

O altă parte a energiei solare este absorbită de apa oceanelor care se încălzeşte, producând în acest mod atât evaporarea apei la suprafaţă, dar şi creearea curenţilor marini (perechi: cald cu rece). Apa evaporată din oceane formează nori care condensează sub forma ploilor, creând astfel ciclul hidrologic, contribuind la permanenţa apelor curgătoare şi la întreţinerea umidităţii solului, precum şi la realimentarea oceanelor cu ape dulci (facies dulcicol).

Energia solară este transformată de către masele de apă în mişcare în energie cinetică hidraulică sau în energie gravitaţională, dacă apa curge pe un plan înclinat.

O cantitate infimă de energie solară primită de Terra (1%) este utilizată în procesul de fotosinteză pentru producerea de biomasă. Cea mai mare parte a biomasei, ce provine direct din fotosinteză, sunt: plantele, iar dintre acestea se detaşează: 1lemnul şi 2iarba.

O parte a biomasei este consumată direct, iar o altă parte se degradează, pentru a fi încorporată în straturile geologice. Aceasta prin procese geochimice realizate în timp geologic, duce la formarea depozitelor de combustibili fosili. Conţinutul total de energie solară stocată în combustibilii fosili este de ordinul a 3 . 1026 J, din care numai 2 . 1023 J poate fi extrasă. Din energia extractibilă: 90% este stocată în cărbuni (antracit, huilă, cărbune brun, lignit, turbă, şisturi bituminoase, kerogen), 5% în petrol şi 5% în gaze naturale. În grupa combustibililor fosili se încadrează şi combustibilii nucleari.

Forţa gravitaţională a Lunii produce mareea care este deplasarea periodică a apei oceanelor (ridicare – flux, coborâre – reflux, sub forma unui val).

3.1.2. Surse de energie internăEnergia din interiorul Terrei se manifestă prin: 1activitate vulcanică, 2izvoare

fierbinţi şi 3cutremure. Toate aceste fenomene sunt acompaniate şi de o degajare de căldură, ele fiind manifestări ale căldurii interne a Pământului.

35

Page 3: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

Căldura din interiorul Terrei se datorează, pe o parte, proceselor de acreţie a particulelor cosmice în decursul formării lor, iar pe altă parte, proceselor de fisiune nucleară a izotopilor radioactivi prezenţi în masa terestră. Căldura primită şi cea datorată radioactivităţii determină ca partea interioară a Terrei, îndeosebi mantaua, să aibă o temperatură ridicată, transformând întreaga masă într-un corp fluid. Temperatura ridicată a mantalei superioare la contactul său cu litosfera determină topirea litosferei în această zonă de contact. Datorită presiunii litostatice, materialul topit al litosferei face ca plăcile litosferice să înceapă să se topească în această zonă de contact, rezultând o serie de macroplăci şi mezoplăci tectonice, care plutesc şi se deplasează pe materialul topit. Există şase macroplăci: 1euroasiatică, 2africană, 3indoaustraliană, 4americană, 5pacifică, 6antarctică şi şase mezoplăci: 1Nazca, 2Caraibelor, 3Sinică, 4Arabă, 5Iraniană, 6Filipineză şi o multitudine de microplăci. Aceste plăci sunt formate din crustă oceanică de tip bazaltic, crustă continentală granitică, mai uşoară dar mai groasă şi bazaltică (sub crusta continentală există crustă oceanică). Plăcile sunt delimitate prin falii profunde denumite rifturi, deplasându-se pe suprafaţa astenosferei (nivelul care alimentează vulcanismul actual). Mişcările plăcilor sunt semicirculare în raport cu un punct fix, rotindu-se una în raport cu alta. Ele fie se apropie sau se îndepărtează. Când plăcile de depărtează unele de altele, atunci este spre suprafaţă în mod continuu magma, formându-se o nouă crustă oceanică. Când plăcile intră în coliziune, materia continentală mai groasă, dar uşoară, rămâne la suprafaţă, încreţindu-se, cea de tip oceanic reciclându-se prin subducţie.

Cauzele deplasării plăcilor litosferice ţin de existenţa în astenosferă, care are o consistenţă vâscoasă, a unor curenţi de convecţie ascendenţi şi descendenţi. Curenţii cu orientări contrare se asociază câte doi, formând celule de convecţie.

Litosfera prezintă o dinamică în plăci (teoria tectonicii globale), caracteristică Terrei, din care rezultă o diversitate de forme de relief, aflate într-o continuă evoluţie şi schimbare, în concordanţă cu energiile interne (se nasc continente, bazine oceanice, lanţuri muntoase, vulcani etc) şi externe [care modelează un relief fluviatil, marin, nival - glaciar, eolian etc].

Manifestările căldurii interne la suprafaţa terestră apar sub forma activităţii vulcanice, izvoarelor fierbinţi (geysere), iar în zonele de instabilitate tectonică şi sub forma cutremurelor.

Fluxul de căldură terestră interioară descărcată în atmosferă se datorează transportului căldurii prin plăcile litosferice, prin mecanisme diverse. Prin întreaga suprafaţă terestră se degajă un flux geotermic de 1021 J. an – 1.

Energia izvoarelor fierbinţi asociate zonelor vulcanice este cunoscută sub denumirea de energie geotermică. Această energie poate fi captată industrial şi folosită pentru producerea energiei electrice.

Rezerva resurselor de energie se măsoară în tehnică cu unitatea denumită tonă de combustibil convenţional. Pentru sursele inepuizabile, evaluarea rezervei se realizează admiţând o anumită durată (în ani) de existenţă a amenajării energetice, prin intermediul căreia energia sursei este transformată în energie utilă.

36

Page 4: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

3.2. Energetica

„Energetica, acest substantiv polisemantic, este exploatat în ştiinţă şi tehnologie pentru a defini: studiul relaţiilor fluxurilor de energie din natură, în diferitele transformări fizice şi geochimice – energetica ecosistemelor, precum şi construirea şi exploatarea sistemelor energetice” (Banu şi Radovici, 2007, p. 194).

3.2.1. Energetica ecosistemelor

„Aşa cum au precizat diverşi cercetători: Odum, Brown şi alţii, procesele ecologice, sistemele atmosferice, ecosistemele şi societăţile sunt interconectate printr-o serie de relaţii de o diversitate înfinită şi în continuă schimbare, fiecare primind energie şi substanţă de la cealaltă, acţionând prin mecanisme de feed – back pentru a autoorganiza întregul sub o influenţă reciprocă a 1spaţiului, 2timpului, 3energiei şi 4informaţiei. Transformările energetice din biosferă produc: ordine, degradează energia în proces şi ciclează informaţia într- o reţea de sisteme organizate ierarhic la scară spaţială şi temporală întotdeauna crescătoare” (Banu şi Radovici, 2007, p. 195).

Societatea utilizează energiile mediului direct sau indirect, fie prin fluxuri energetice regenerabile sau neregenerabile, fie din diverse depozite formate în timp geologic. Toate aceste acţiuni au un rol hotărâtor asupra biosferei şi mediului în general. Din acest motiv este necesară cunoaşterea acestor interacţiuni ale societăţii cu mediul ambiant, pentru a evita, prin politici adecvate, producerea unor catastrofe ecologice în viitor.

3.2.1.1. Fluxurile energetice în ordinea biosistemelor

Sistemele biosferei sunt menţinute prin: 1fluxuri energetice şi 2cicluri ale substanţei şi 3informaţiei. În lipsa unor fluxuri energetice continue, care creează ordine, biosistemele s-ar degrada rapid, acestea rămânând adaptive şi vitale numai prin ciclare. Ciclarea permite o continuă convergenţă şi divergenţă a energiei, substanţei şi informaţiei. Astfel, biosfera utilizează energia regenerabilă a solului, mareelor şi a căldurii interne a Terrei. Societatea umană extrage energia direct din depozite pe termen scurt ca: 1lemnul, 2apa, 3solul sau din depozitele pe termen lung cum ar fi: 1combustibilii fosili şi 2minereurile metalifere, 3nemetalifere sau 4radioactive. Aceste energii şi materiale sunt ciclate de către economia societăţii, făcând posibile procesele productive, construirea structurilor materiale şi depozitarea informaţiei. În majoritatea sistemelor majoritatea energiei primite este degradată, astfel încât o mică parte a energiei este transformată într-o energie de calitate mai înaltă. Materialele sunt transformate pentru a fi performante din punct de vedere tehnic sau economic, iar informaţia este creată şi recreată cu fiecare ciclu în sistem. Transferul de informaţie este realizat prin intermediul energiei şi facilitat de structurile materiale.

3.2.1.2. Resursele mediului şi capitalul natural

Societatea umană îşi extrage: 1resursele şi 2serviciile din mediul ambiant. Resursele sunt recunoscute şi înţelese ca: lemn, apă, fructe, combustibili fosili, minerale etc. Sunt mai dificil de cuantificat şi înţeles „serviciile” mediului (asimilarea de către mediu a deşeurilor, calităţile estetice ale mediului, protecţia împotriva inundaţiilor prin reţinerea apei de către vegetaţie. Diagrama sistemelor (fig. 3.1) clarifică noţiunile de bun al mediului, serviciile mediului, capitalul natural.

37

Page 5: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

Fig. 3.1. Resursele mediului şi capitalul natural (Banu şi Radovici, 2007)

Serviciile mediului sunt reprezentate prin săgeata debitului S, de la sistemele mediului, către societatea umană. Debitele de resurse ale mediului ale mediului sunt notate cu SR şi N pentru resurse slab regenerabile, respectiv, neregenerabile. Resursele slab regenerabile, ca lemnul, se consideră ca atare deoarece viteza lor de regenerare este mai mică decât viteza de consum.

Sursele de energie regenerabilă ale biosferei sunt: energia solară R1, energia mareelor R2 şi energia internă a Terrei R3, R1 + R2 + R3 = R (energia regenerabilă).

Capitalul natural este reprezentat de de depozitele materiale şi energetice din care sunt extrase resursele mediului. În figură capitalul natural a fost divizat în două categorii de depozite, C1 şi C2. C1 reprezintă depozitul de biomasă (plante), materia organică din sol, animale şi apă, toate lent regenerabile, iar C2 reprezintă depozitele de combustibili fosili şi minerale care sunt neregenerabile.

3.2.1.3. Fluxurile energetice în natură

Energetica înţeleasă ca studiu al fluxurilor de energie din natură se ocupă de principiile care descriu cu acurateţe tendinţele folositoare şi nefolositoare ale fluxurilor de energie supuse transformării. Principiile energeticii includ primele patru legi ale termodinamicii, care solicită o descriere riguroasă.

Principiile energeticii iau în considerare o ordonare ierarhică a formelor de energie din natură, care evidenţiază conceptul de calitate al energiei. Pe lângă principiile termodinamice cunoscute, Odum a propus încă trei principii energetice, precum şi un corolar. Prezentăm sumar cele patru principii ale termodinamicii, precum şi principiile preluate din energetica ecologică a lui Odum.

■ Principiul zero al energeticii: Dacă două sisteme termodinamice A şi B sunt în echilibru termic, iar B şi C sunt de asemenea în echilibru termic, atunci A şi C sunt şi ele în echilibru termic.

■ Principiul întâi al energeticii: Creşterea energiei interne a unui sistem este egală cu cantitatea de lucru adăugată sistemului prin încălzire, minus cantitatea pierdută sub formă de lucru executat de sistem asupra mediului ambiant.

■ Principiul al doilea al energeticii: Entropia totală a oricărui sistem termodinamic izolat tinde să crească în timp, apropiindu-se de o valoare maximă.

■ Principiul al treilea al energeticii: Când un sistem se apropie de temperatura zero absolut, toate procesele încetează, iar entropia se apropie de o valoare minimă sau chiar de valoarea zero pentru substanţele perfect cristaline.

■ Principiul al patrulea al energeticii: Se cunosc două variante pentru acest principiu: în anul 1931, L. Onsager a introdus termodinamica proceselor ireversibile – postulatul simetriei matricei coeficienţilor fenomenologici, adică în situaţia unui sistem liniar omogen de forţe independente şi fluxuri independente. matricea coeficienţilor fenomenologici este simetrică. Acest principiu al relaţiilor reciproce ale lui Onsager constituie al patrulea principiu al termodinamicii, şi implicit, al patrulea principiu al energeticii.

■ În domeniul energeticii ecologice Odum propune: Puterea maximă (Px) exprimată de raportul (exergie / timp) ca al patrulea principu al energeticii. Odun a propus, ca principiul puterii maxime să fie considerat a fi tendinţa de evoluţie a autoorganizării biosistemelor.

■ Principiul al cincilea al energeticii: Factorul calitativ al energiei creşte ierarhic. Pornind de la analiza lanţurilor trofice, Odum a precizat că transformările energiei

38

Page 6: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

formează o serie ierarhică măsurată prin creşterea transformităţii. Fluxurile de energie dezvoltă reţele ierarhice în care emergiile care intră, interacţionează şi sunt transformate prin lucrul dat de diverse procese, în forme de energie de calitate mai înaltă, care ajută la maximizarea puterii sistemului.

■ Al şaselea principiu al energeticii: Ciclurile materiale se dezvoltă conform unui model ierarhic măsurat prin rapotul emergie/ masă. În general, emergia per masă este un indicator bun pentru abilitatea de reciclare, care precizează că materialele cu raportul energie/ masă mai mare sunt mult mai reciclabile.

Emergia devine pilonul central al concepţiei lui Odum asupra energeticii ecologice.

3.2.1.4. Emergia

Emergia (Em) este un concept sistemic, utilizat pentru prima oară de Odum, în anul 1980 şi se defineşte: ca suma în timp a întregii energii de un anumit tip, necesară pentru a produce un flux de energie de un alt tip în cadrul unui sistem. În continuare Odum a considerat că emergia poate fi definită ca ca echivalentul în energie solară totală de o anumită formă utilizată direct sau indirect pentru a efectua un proces sau servici.

Energia solară este unica sursă energetică universală, iar prin exprimarea valorii produselor în unităţi de energie solară este posibil să comparăm orice produs indiferent de natura sau originea lui (Banu şi Radovici, 2007, p. 199).

Emergia cuantifică atât valoarea energiei, cât şi a resurselor materiale pe o bază comună. În emergie sunt incluse şi „serviciile” furnizate de mediul ambiant (utilizarea biomasei vegetale sau disiparea prin vânt a poluanţilor toxici).

Din punct de vedere termodinamic, emergia (Em) se deduce din conceptul de exergie. Exergia x este definită ca porţiunea de energie a unui sistem care poate realiza lucrul maxim util şi cuprinde următoarele mărimi:

x = energie liberă Gibbs + potenţial gravitaţional + energie cinetică

Puterea exergiei, Px, exact ca şi puterea (W) se exprimă ca viteza variaţiei exergiei în timp:

Px = dx/dt

Astfel, emergia Em este definită ca integrala lui Px funcţie de timp. Unitatea de măsură a emergiei este emjoulul (ej) spre a o deosebi de unitatea de măsură a energiei, joulul (J). În mod curent, energia combustibililor, a materialelor, a serviciilor este exprimată în emjouli solari (sej).

Unitatea de emergie solară (u) se exprimă prin ecuaţia:

În care: 1 este exergia necesară pentru realizarea procesului i; Tri = transformitatea solară pentru procesul i.

Transformitatea (Tr). Reprezintă raportul dintre emergia totală care a fost folosită într-un proces şi exergia produsă de proces. Transformităţile au dimensiunea emergie/exergie, sej/J.

Transformitatea unui produs se calculează din totalizarea tuturor emergiilor care sunt înglobate în produs, urmată de împărţirea sumei emergiilor la exergia dată de

39

Page 7: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

produs. Transformităţile sunt utilizate pentru a transforma energiile de diverse forme în emergie de aceeaşi formă:

Tr =

Există diferite tipuri de emergie specifică pentru fiecare tip de energie. De exemplu, emergia solară se exprimă în unităţi de emjouli solari (sej), emergia cărbunilor se exprimă în unităţi de emjouli pentru cărbuni (cej), iar emergia electrică în unităţi de emergie electrică (J). Ca şi energia, emergia se măsoară în raport cu un nivel de referinţă. În cele mai multe aplicaţii, emergia oricărui produs sau serviciu este exprimat în unităţi solare de emergie (sej).

Un exemplu practic pentru modul de exprimare al emergiei şi transformităţii. Dacă pentru producerea unui joule (1 J) de electricitate prin arderea cărbunilor sunt necesari 3 emjouli cărbune (3 cej) şi un emjoule servicii (1 sej), atunci transformitatea cărbunelui în electricitate este de 4 (cej)/J.

3.2.1.5. Bilanţul emergiei

Din cauza universalităţii ierarhiei emergiei se poate compara lucrul la orice scară, atât a mediului ambiant, cât şi în economie, pe o bază comună exprimând produsele şi serviciile funcţie de unităţile emergiei. Deoarece există exergie în orice lucru, inclusiv în informaţie, se poate utiliza pentru evaluarea bunurilor reale pe o bază comună o cantitate energetică, emergia. Emergia recunoaşte şi măsoară ierarhia energiei universale, ce reprezintă legea a cincea a energeticii.

Fig. 3.2. Diagrama cu sistemele biosferei care precizează intrările de energie regenerabilă – R1, R2, R3; serviciile mediului – S; debitul de resurse slab regenerabile – SR; debitul de surse neregenerabile – N; reciclarea materialelor şi feed – back – ul energiei şi informaţiei umane – info.

Caloriile de emergie de diferite tipuri nu sunt echivalente în contribuţia lor la producerea lucrului util. Astfel, direct sau indirect, se utilizează 1000 kcal de lumină solară pentru a produce 1 kcal de substanţă organică dispersată spaţial, aproximativ 40 000 kcal pentru a forma o kilocalorie de cărbune, aproximativ 170 000 kcal pentru a forma o kilocalorie de electricitate şi 10 milioane kcal sau mai mult pentru a forma o kilocalorie de serviciu uman.

Cu cât este mai mare scala, cu atât mai ridicată va fi calitatea energiei, dar mai redusă cantitatea sa. Există mai puţină energie, dar mai multă emergie pe unitatea de produs valoros. Valorile sunt maxime pentru informaţia genetică.

3.2.1.6. Echilibrul antroposferă – natură

Biosfera depinde de intrările de energie regenerabilă solară, a mareelor şi a căldurii interioare ale Terrei, fiecare din acestea contribuind la desfăşurarea proceselor geologice, climatice, oceanice şi ecologice, care toate, sunt interconectate cu fluxuri de energie, materiale şi energie neregenerabilă depistată în mari zăcăminte naturale, de unde sunt exploatate şi utilizate de către societate, cum se precizează în fig. 3.2.

40

Page 8: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

S-a constatat că în ultimele 3 secole energia eliberată de societate în biosferă din depozitele slab regenerabile şi neregenerabile. În tabelul 3.1. sunt prezentate valorile emergiilor care pun în mişcare biosfera, inclusiv pe cele eliberate de societate.

Tabelul 3.1. Fluxul de energie regenerabilă şi neregenerabilă, care susţin procesele globale în perioada 1995 – prezent ( Banu şi Radovici, 2007, p. 202).

Notă SursaFlux energie

[J . an – 1]Transformitate

[sej]Emergie solară

Flux E24[sej. an – 1 ]

Energii regenerabile globale1 Insolaţie solară 3,94.E24 1 3,942 Căldură internă 6,72. E20 6 055 4,073 Energie maree 8,52. E19 16 842 1,43

Subtotal 9,44Energii neregenerabile produse de societate

4 Petrol 1,38. E20 5,40. E04 7,455 Gaz 7,89. E19 4,80. E04 3,796 Cărbune 1,09. E20 4,00. E04 4,367 Nucleară 8,60. E18 2,00 E05 1,728 Lemn 8,86. E19 1,101. E04 0,649 Sol 1,38. E19 7,40. E04 1,02

10 Fosfaţi 4,77. E16 7,70. E06 0,3711 Metale 992,6 E12g 1,00 E09 sej.g - 1 0,99

Subtotal 20,46Total 29,91

Energiile eliberate de societate, alimentează procesele autocatalitice care măresc fluxul de putere al societăţii. În aceaste fluxuri energetice sunt incluse , lemnul şi solul.

În situaţia lemnului, sursă energetică regenerabilă, s-a ajuns în prezent din cauza defrişărolor masive, să devină o sursă slab regenerabilă. Eroziunea solului a devenit o problemă globală serioasă. Se estimează că 1/3 din solul agricol este suus eroziunii, fiind o ameninţare directă la producţia agricolă din viitor.

Emergia totală care susţine energetic biosfera, inclusiv societatea umană, a fost în anul 1995 (Brown şi Ugliati) de 29.11.E24 sej compuşi din 9,44.E24 sej emergie regenerabilă şi 20,46.E24 sej din surse neregenerabile. S-a precizat că din totalul emergiei din economia globală 68% provin din resurse neregenerabile şi numai 32% din surse regenerabile. Precizăm că această discrepanţă este în creştere. În viitor trebuie realizat un efort uriaş al societăţii umane pentru reducerea acestui decalaj.

În final, la mijlocul secolului al XX – lea, energiile eliberate de societatea umană erau mai mici, comparativ cu cele puse la dispoziţie de sursele regenerabile. În prezent, societatea eliberează de 2 – 3 ori mai multă energie din surse neregenerabile, decât energia debitată în biosferă de sursele regenerabile. Problemele ce rezultă din această situaţie sunt:

Cât de bine se încadrează societatea umană cu mediul ?Cum putem înţelege funcţionarea biosferei cu societatea umană în ea ?Cum putem lua decizii cu privire la alocarea şi utilizarea serviciilor mediului şi a

capitalului natural ?Dacă sunt utilizate numai numai teoriile economice neoclasice, răspunsul va fi

intotdeauna mai multă dezvoltare, o mai mare utilizare a resurselor, o exploatare

41

Page 9: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

continuă a mediului ambiant. Considerăm că este momentul să fie stopat acest mod de evoluţie.

Deciziile la scara biosferei şi societăţii umane, care au in vedere un echilibru între societate şi mediu, necesită un sistem de valori eliberat de intervenţia dorinţei umane, adică valoarea lucrurilor este în exclusivitate voinţa şi decizia omului.

3.2.1.7. Emergia şi economia globală

„Economia globală este susţinută de influenţa reciprocă a fluxurilor de energie regenerabilă şi neregenerabilă. Circulaţia monetară din lumea economică este susţinută la rândul ei de fluxurile de emergie, şi astfel poate fi raportată la fluxul de emergie. Împărţind fluxul anual de emergie (care susţine economia Lumii) se calculează un raport între între circulaţia monetară şi fluxul emergiei. Produsul mondial brut măsurat în dolari pentru anii 1950, 1975 şi 1995 a fost, respectiv, de 4,9; 15,4 şi 26,9 trilioane de dolari. Emergia pentru susţinerea economiei globale în aceeaşi perioadă a fost de 13,9.E24, 23,2.E24 şi 29,9.E24 emjouli solari (sej)”. Astfel raportul energie/dolar în aceeaşi perioadă a fost de: 2,8.E12 sej. $ - 1 , 1,5.E12 sej . $ - 1 şi 1,1.E12 . $ - 1. [Banu şi Radovici, 2007, p. 204].

Raportul emergie/ dolar este de fapt, fracţiunea din emergia totală pentru a permite circulaţia uni dolar din produsul global brut, presuipunând că economia şi biosfera sunt un sistem integrat.

Raportul emergie/dolar paote fi utilizat pentru a exprima fluxul de emergie în fluxuri echivalente de monedă, care au fost definite „emdolar”.

3.2.1.8. Valorile emergiei şi capitalul natural

Prin capital natural se înţeleg depozitele principalelor resurse naturale din sistemul global. Evaluarea energiei capitalului natural este prezentată în tabelul 3.2.

Tabelul 3.2. Depozitarea globală a capitalului natural (1995) ( Banu şi Radovici, 2007, p. 205).

Notă SursaFlux energie

[J . an – 1]Transformitate

[sej]Emergie solară

Flux E24[sej. an – 1 ]

1 Apă dulce 1,64.E23 1,82.E04 299,22 Material sol organic 3,10.E22 7,40.E04 229,43 Biomasă plante 4,16.E22 1,0.E04 41,164 Biomasă animale 4,5.E19 1,00. E06 4,6

Subtotal 5755 Cărbune 2,16. E22 4,00. E04 86,46 Ţiţei (Petrol) 5,82. E21 5,40. E04 31,47 Gaz 5,28. E21 4.80. E04 25,38 Metale 1,74. E17 g 1,00 E09 sej . g – 1 17,49 Uraniu 8,35. E20 1,79. E03 0,1510 Fosfaţi 11,00. E15 g 3,90. E09 sej. g - 1 4,3

Subtotal 165Total 740

Resursele naturale globale depozitate, din care sunt scoase de serviciile mediului, sunt evaluate la de 600 ori fluxul lor, iar resursele neregenerabile, la 300 ori fluxul prezent. Din cele porezentate de (Banu şi Radovici, 2007) se observă că

42

Page 10: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

omenirea eliberează mai multă emergie decât primeşte de la sursele de energie neregenerabilă, inducând o îngrijorare cu privire la modul în care se gestionează astăzi energia pe plan global. Relaţia noastră cu biosfera s-a schimbat fundamental , începând cu anul 1962, când energia eliberată de societatea globală a egalat, apoi a depăşit în mod constant energia din sursele regenerabile.

3.3. Sisteme energetice tehnologice

„Energetica este o ramură a ştiinţei şi tehnicii care are ca obiect – studiul exploatării surselor de energie disponibilă, al transformării, transmisiei şi utilizării energiei în condiţii tehnice şi economice optime, precum şi construirea sistemelor energetice, implicit conducerea proceselor care decurg în aceste sisteme.

După energia care este produsă, transmisă şi consumată în cadrul sistemului energetic se disting: 1termoenergetica, 2hidroenergetica, 3energetica nucleară, 4energetica solară, 5energetica eoliană, 6electroenergetica şi altele” (Banu şi Radovici, 2007, p. 206).

3.3.1. Termoenergetica

Termoenergetica este un sistem energetic care cuprinde ansamblul proceselor tehnice aplicate la construcţia şi exploatarea instalaţiilor de utilizare a energiei chimice, produsă prin arderea combustibililor minerali şi de producere, transmisie, transformare şi consum al căldurii.

În sistemul termoenergetic distingem: instalaţiile de obţinere a căldurii prin transformarea intermediară a energiei chimice a combustibililor, conductele şi instalaţiile de transport al aburului şi apei calde, instalaţiile pentru utilizarea directă a energiei combustibilului şi a căldurii (1cuptoare industriale, 2motoare cu ardere internă, 3turbine cu gaz, 4motoare cu reacţie, 5fierbătoare, 6uscătoare, 7schimbătoare de căldură, 8acumulatoare termice, 9radiatoare, 10condensatoare).

Procesele majore pentru sistem sunt: 1arderea combustibililor (combustie şi carburaţie); 2prepararea apei de alimentare a căldărilor; 3producerea de abur şi apă caldă; 4consumul raţional de căldură şi combustibil; 5producerea frigului; 6ventilaţia şi 6condiţionarea aerului, precum şi 7utilizarea resurselor energetice secundare.

Din punct de vedere termodinamic, sistemul termoenergetic cuprinde: maşinile ciclice de producere a energiei. Deoarece la baza producţiei stă ciclul Carnot, se disting practic două tipuri de maşini ciclice:

Fig. 3.3. Schema turbinei cu gaz operând ca: a – circuit deschis; b – circuit închis: S.C – schimbător de căldură; Prod – produşi; COM - combustibili

(Wark şi Richards, 1999. Thermodynamics)

3.3.1. Maşini care utilizează un gaz ca fluid de lucrua. Motoare cu aprindere internă prin scântei, tipice autovehiculelor (automobile,

camioane, tractoare etc), caracterizate de ciclul Carnot sau Otto şi care furnizează mici cantităţi de energie. Acestea sunt componente majore în operaţiile tehnologice pentru realizarea nevoilor unei societăţi moderne.

b. Turbinele cu gaz. Turbinele cu gaz moderne au două aplicaţii majore: sursă de putere pentru producerea energiei electrice atunci când sunt cuplate la un generator electric şi sursă de putere pentru propulsarea avioanelor sau a unor echipamente la sol (autocare, trenuri, camioane). Într-un ciclu simplu, pentru turbina cu gaz se folosesc echipamente diferite pentru diversele procese ale ciclului. Iniţial gazul, care întotdeauna

43

Page 11: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

este aerul, este comprimat adiabatic într-un compresor. La sfârşitul acestui proces, aerul intră într-o cameră de combustie unde este injectat şi aprins combustibilul la presiune constantă. Produsul de combustie în expansiune trece printr-o turbină până când atinge valoarea presiunii mediului ambiant. Un ciclu compus din aceste trei etape se denumeşte – ciclu deschis, deoarece el nu se închide complet. Turbinele moderne sunt cicluri deschise, prezentate în figura 3.3.

Fig. 3.4. Schema echipamentului pentru un ciclu Rankine (Wark şi Richards, 1999)(Banu şi Radovici, 2007, p.208)

3.3.2. Uzine energetice pe bază de abur

În mod esenţial ele operează pe baza aceluiaşi ciclu în care energia iniţială provine din combustibili fosili (cărbuni, petrol, gaze), din energia solară ori de la energia nucleară produsă prin fisiune într-un reactor nuclear.

Ciclul aburului diferă de cel al gazului, prezentat anterior, prin faptul că în anumite porţiuni ale ciclului sunt prezente atât aburul cât şi lichidul (apa).

O uzină energetică mare, care produce cantităţi imense de energie, este un sistem complex din punctul de vedere al fluxului de masă şi energie. Există câteva modele de cicluri energetice care ilustrează funcţionarea uzinelor energetice pe baza de abur.

3.3.3. Ciclul Rankine

Randamentul unui ciclu termic este maximizat dacă energia sursei este la cea mai mare temperatură posibilă, iar energia evacuată, la cea mai joasă temperatură posibilă, aşa cum precizează eficienţa Carnot (TH – TL)/TH.

Cea mai ridicată temperatură posibilă, tipică ciclului Carnot poate fi mărită prin supraîncălzirea la sursă în procesul 2 – 3 , la o temperatură T3, care în mod frecvent este mai mare decât temperatura critică. Acest model de ciclu este definit ciclu Rankine, fiind prezentat în fig. 3.4.

Din figură se constată, că după ce vaporii saturaţi părăsesc boilerul la starea 3', fluidul trece printr-o altă secţiune a sursei, denumită supraîncălzitor. Procesul de transfer termic din supraîncălzitor conduce la obţinerea unei temperaturi mai ridicate la intrarea în turbină, fără a creşte presiunea maximă din ciclu. Se obţin astfel temperaturi de 540 – 600o C, mărindu-se randamentul energetic al ciclului.

3.3.4. Ciclul regenerativ

Pentru a ridica randamentului ciclului Rankine se practică procesul de regenerare internă, descris în figura 3.5.

Fig.3.5. Schema echipamentului pentru ciclu regenerativ. R.A. – rezervor apă(Banu şi Radovici, 2007, p. 2009)

Aici, o parte din aburul supraîncălzit care intră în turbină în starea 3 este extras din aceasta în starea 4 şi direcţionat într-un schimbător de căldură, în care se amestecă cu condensatul de la 6 – 7 . De aici, amestecul este retrimis cu o pompă prin 1 – 2.

3.3.5. Sisteme cogenerative

44

Page 12: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

„Pentru uzinele mari care produc numai energie electrică, randamentul termic este de 30 – 40%. Din punctul de vedere al conservării energiei, este important să fie utilizată o fracţiune mai mare din sursa iniţială. Metoda pentru a atinge acest deziderat este să se integreze folosirea aburului atât pentru încălzirea locuinţelor, cât şi pentru utilizare industrială, cu producţia obişnuită de energie electrică.

Această tehnică de producţie secvenţială de energie, frecvent energie electrică şi energie termică, utilizând o singură sursă energetică (aburul supraîncălzit) se numeşte cogenerare” (Banu şi Radovici, 2007, p.209.

Figura 3.6. Schema unei instalaţii de cogenerare (Wark şi Richards, 1999)R.C. – rezervor de căldură. (Banu şi Radovici, 2007, p. 210)

Performanţele unui sistem de cogenerare se măsoară în funcţie de randament care se defineşte prin raportul: R = (energia electrică furnizată + energia termică furnizată)/ (energia de combustie iniţială)

Randamentul sistemelor energetice cogenerative este de 55 – 70%, faţă de cel de 30 – 40% asigurat de sistemele clasice, deci cu 25 – 30%.

O schiţă a uni sistem cogenerativ care poate fi utilizat într-un cartier de locuinţe, campus universitar, combinate industriale este prezentat în fig. 3.6.

Cogenerarea este în mod special atractivă când uzina energetică este integrată înntr-o comunitate, încât să asigure încălzirea, apa caldă menajeră şi electricitate pentru întreaga zonă rezidenţială şi comercială. O asemenea uzină trebuie să asigure necesităţile de energie electrică şi încălzire pentru zone locale integrându-se din punctul de vedere al energiei electrice cu reţeaua energetică naţională.

3.3.6. Conversia energiei geotermice

Energia geotermică este energia naturală depozitată în crusta terestră, la adâncimi destul destul de apropiate de suprafaţa terestră, încât să poată fi captată şi apoi utilizată fie pentru generarea de electricitate, fie sub formă de energie termică. Energia geotermică este depozitată în subteran sub formă de: abur uscat, apă fierbinte, apă fierbinte cu gaz metan dizolvat şi sub formă de roci supraîncălzite. Există numeroase tehnologii prin care energia geotermică este utilizată pentru obţinerea energiei electrice sau apei calde.

Vom descrie numai una din tehnologiile folosite pentru obţinerea de energie din abur uscat şi apă subterană fierbinte (peste 150o C).

Fig. 3.7. Schiţa unui ciclu geotermic. F.G. – fluid geotermic(Banu şi Radovici, 2007, p. 211)

Atunci când fluidul geotermic are temperaturi mai mici de 210oC, diferenţa de temperatură dintre intrarea în turbină şi ieşirea din aceasta este prea redusă pentru a se obţine un randament energetic convenabil. În această situaţie, o temperatură moderată între 210 şi 150oC, ciclul energetic este operant numai când utilizăm două fluide separate în conversia energiei. Schiţa este prezentată în fig. 3.7.

„În cazul ciclului cu două fluide, fluidul geotermic transferă energia termică, cu ajutorul unui schimbător de căldură, unui fluid care se vaporizează mult mai uşor decât apa. Apoi fluidul trece printr-un condensator, de unde este retrimis, cu ajutorul unei pompe, înapoi la boiler. În condensator intră printr-un circuit separat, apa de răcire

45

Page 13: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

stocată într-un turn de răcire, la care se întoarce după ce a preluat căldura fluidului evacuat de turbină. Fluidul geotermic este injectat în stratul geologic după ieşirea din boiler. Acest tip de ciclu este proiectat să funcţioneze utilizând hidrocarburi, ca fluid secundar în ciclul Rankine. În acest ţel se folosesc hidrocarburi ca: propanul – C3H5, izobutena - sau izopentanul -”. (Banu şi Radovici, 2007, p.212).

Depunerile minerale şi coroziunea sunt problemele care trebuie rezolvate în situaţia utilizării fluidelor geotermice.

3.3.7. Conversia energiei termice a oceanelor (CETO)

Maşinile termice sunt dispozitive ciclice care primesc căldura la temperatură ridicată, produc un lucru net la ieşire şi elimină fluidul energetic la o temperatură mult mai redusă.

Fig. 3.8. Schema unui ciclu CETO (Wack şi Richards,1999) I.A.C. – intrare apă caldă (Banu şi Radovici, 2007, p. 213)

„Un dispozitiv pentru conversia energiei termice a oceanelor (CETO) este o maşină termică proiectată să funcţioneze între apa caldă de la suprafaţa oceanului (mării) şi apa mai rece din adâncime. Practic, pentru funcţionarea economică a dispozitivului este necesară o diferenţă de temperatură de 20oC între apa de la suprafaţă şi cea de adâncime. Acest fapt se poate realiza numai în zonele geografice ale ecuatorului, unde apa de suprafaţă are temperatura de 25oC, iar cea de la adâncimea de 600 – 900 m este de 5oC” (Banu şi Radovici, 2007, p. 212).

Un sistem CETO este un ciclu Rankine ce funcţionează în condiţii speciale. Deoarece temperaturile din evaporator şi condensator sunt reduse, este necesar un fluid care să posede p presiune de vapori mai mare la aceaste temperaturi. De exemplu propanul C3H6, cu o presiune de vapori de 0,55 MPa la 5oC şi de 0,95 Mpa la 25oC.

Apa caldă de la suprafaţa oceanului este introdusă într-un schimbător de căldură sau evaporator, unde lichidul de lucru (propan – C3H6 sau amoniac – NH3) din ciclul Rankine este evaporat. Mai departe (fig. 3.8), vaporii trec printr-o turbină care acţionează un generator electric, apoi trec prin condensator. Apa rece este pompată din adâncime (600 – 900 m) şi adusă prin conducte lungi într-un condensator care condensează gazul la temperatura de 5oC. Lichidul condensat este pompat ulterior în evaporator pentru a realiza un alt ciclu.

3.3.8. Analiza exergiei la ciclurile Rankine

Analiza exergiei ciclurilor Rankine are drept scop determinare mărimii ireversibilităţilor care se produc în ciclu. Îmbunătăţirea performanţelor ciclului va pleca de la examinarea producerii ireversibilităţilor în boilere, supraîncălzitoare, turbine şi pompe.

3.3.9. Sistemele de răcire

Un sistem de răcire este utilizat pentru a menţine o regiune a spaţiului la o temperatură mai scăzută decât a mediului ambiant. Fluidul de lucru utilizat în sistem rămâne într-o singură fază (răcire cu gaz), ori poate schimba fazele (răcire prin comprimarea vaporilor). În acest scop se utilizează pompele de căldură care sunt capabile să producă , fie o răcire, sau o încălzire cu acelaşi dispozitiv.

46

Page 14: energia si antroposfera

Victor Şabliovschi (2010) – Geochimia mediului3. Energia şi antroposfera

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

Răcirea în mod curent se utilizează pentru menţinerea alimentelor la temperaturi scăzute cu ajutorul frigiderelor, lăzilor frigorifice sau pentru condiţionarea aerului în locuinţe şi spaţii comerciale cu ajutorul aparatelor de climatizare (de condiţionat aerul). Ele funcţionează consumând energie electrică. În decursul verii, în ţările în care acest sistem este larg răspândit, consumul energetic este atât de ridicat încât produce blocaje în sistemul energetic naţional.

3.3.10. Conservarea energiei produse prin combustia combustibililor fosili

Combustibilii fosili utilizaţi în centralele termoenergetice produc, mari cantităţi de CO2 responsabil pentru efectul de seră, iar pe altă parte au un preţ din ce în ce mai ridicat, rezervele actuale de combustibil fiind limitate. Din acest motiv se impun măsuri drastice cu privire la reducerea consumului energetic în industrie şi transporturi, precum şi în mediul privat. Aceste măsuri duc la conservarea potenţialului energetic de care dispune Lumea:

Măsurile de conservare a energiei în domeniul industrial includ:1. Substituirea tehnologiilor intensive energetic cu tehnologii conservativ -

energetice. De exemplu folosirea aburului în locul energiei electrice la compresoare, utilizate în procese la scară mare;

2. Utilizarea multiplă a energiei, după cu se realizează la evaporatoarele în trepte multiple;

3. Îmbunătăţirea privind operarea diverselor instalaţii industriale. Operaţiile intermitente consumă mult mai multă

4. Combinarea funcţionării instalaţiilor cu necesităţi opuse. Generarea simultană de căldură şi răcire pentru situaţia localităţilor adiacente ale instalaţiilor.

5. Îmbunătăţiri ale proceselor tehnologice. Îmbunătăţirea maşinilor cu combustie internă prin consum redus de combustibil sau boilere cu randament crescut;

6. Modificări ale maşinilor. De exemplu, schimbarea sistemului de izolare pentru a reduce pierderile de presiune la vehicule spaţiale;

7. Reciclarea materialelor. Cele mai frecvente sunt reciclările de deşeuri metalice (Al, Fe, Cu) sau lubrifianţilor.

8. Folosirea proceselor de recuperare a energiei.Există diverse procedee prin care se poate recupera energia uzată cum ar fi:a. recircularea energiei uzate stocate în fluxul termic, în acelaşi proces sau

în alte procese (gaze evacuate ca gaze de combustie într-un cuptor);b. utilizarea unui schimbător de căldură pentru recuperarea acesteia;c. recuperarea căldurii uzate şi îmbunătăţirea calităţii prin compresia

vaporilor;d.recuperarea căldurii odată cu creşterea temperaturii prin intermediul

transformatoarelor de căldură;e. depozitarea energiei uzate la temperatură ridicată în rezervoare mobile

pentru a putea fi utilizată la distanţă.Lipsa metodelor de control asupra conservării energiei de către micii

consumatori, dat fiind că ei reprezintă o porţiune importantă a consumului energetic, la scară naţională, are un impact negativ asupra economiei de energie în acest sector.

47