INTRODUCERE

Până acum toată lumea a auzit predicţiile conform cărora “efectul de seră” va afecta

climatul lumii în secolul 21 şi în viitor. Termenul de “efect de seră”, în utilizarea sa obişnuită,

se referă la faptul că media temperaturilor globale ale aerului va creşte cu mai multe grade,

ca urmare a prezenţei în atmosferă a dioxidului de carbon şi a celorlalte gaze cu “efect de

seră”.

Un “furnizor” important al dioxidului de carbon emis în atmosferă este centrala

termoelectrică funcţionând cu combustibil fosil. Mulţi oameni de ştiinţă consideră că procesul

de încălzire globală se manifestă deja de ceva timp, dar a fost scăpat de sub control, şi că, în

mare parte, acest proces este motivul creşterii temperaturii cu două treimi de grad Celsius,

creştere înregistrată începând din 1860. Creşterii medii globale a temperaturii i se pot asocia

atât efecte pozitive, cât şi negative. Într-adevar, fenomenul încalzirii globale rapide este

considerat a fi cea mai importantă problemă de mediu cu care se confruntă omenirea în

prezent.

Spre deosebire de fenomenul distrugerii ozonului din stratosferă (care s-a manifestat

în mod spectaculos prin apariţia găurii în stratul de ozon), fenomenul încălzirii globale

datorat efectului de seră nu s-a manifestat încă într-un mod prin care să convingă pe toată

lumea de existenţa sa. În prezent, nimeni nu este sigur de extinderea sau de creşterea

temperaturii în viitor. Dacă actualele modele atmosferice sunt corecte, o încălzire atmosferică

globală semnificativă se va manifesta oricum în următoarele decade. În orice caz, este

important ca oamenii să înţeleagă care sunt factorii care conduc la această creştere globală a

temperaturii, astfel încât să se poata lua în prezent măsuri care să împiedice catastrofe

potenţiale cauzate de modificări rapide în viitor.

Lucrarea de faţă tratează funcţionarea unei termocentrale folosind ca sursă de energie

biogazul, un gaz de fermentaţie alcătuit în principal din două gaze: metan (CH4) în proporţie

de 6070 % şi dioxid de carbon (CO2) în proporţie de 2530 %.

În prima parte a lucrării sunt prezentate aspecte generale cu privire la principalele

probleme globale ale omenirii, poluarea, efectul de seră, schimbările climatice şi la politica

1

energetică a Uniunii Europene şi directivele acesteia adoptate în contextul nevoii de

responsabilizare şi educaţie pentru protecţia mediului.

A doua parte a lucrării prezintă aspecte generale cu privire la biogazul obţinut

din biomasă, sursă de energie regenerabilă şi inepuizabilă.

A treia parte a lucrarii tratează aspecte generale cu privire la

funcţionarea, caracteristicile şi componentele unei centrale termoelectrice.

În cea de-a patra parte a lucrării este realizat studiul de evaluare a

impactului asupra mediului a unei centrale termoelectrice care foloseşte

drept combustibil biogazul obţinut prin fermentaţie anaerobă.

Raportul om-mediu natural. Probleme globale ale omenirii

Specia umană a intrat pe scena istoriei şi a creaţiei cu 80.000 de ani în urmă, dar în 200

de ani de industrializare a reuşit să pericliteze viaţa planetei, veche de peste 4,5 miliarde de

ani. Şi asta pentru că economia şi era industrială au abuzat în mod iresponsabil de natură, în

vederea sporirii profiturilor, tratând-o ca pe o simplă resursă. Numai în ultima sută de ani

populaţia lumii s-a triplat, economia mondială a crescut de 20 de ori, consumul de

combustibili fosili de 30 de ori, iar producţia industrială de 50 de ori.

La începutul acestui mileniu societatea umană se confruntă cu probleme globale,

precum: suprapopularea, penuria de hrană, poluarea, schimbările climatice, epuizarea

resurselor, instabilitatea economică, dispariţii specii, analfabetism, instabilitate socială şi

politică, sistem sanitar inadecvat, pericolul unui război nuclear, creşterea criminalităţii, etc1.

Un loc aparte în cadrul problemelor globale ale omenirii îl ocupă problemele de mediu,

a căror studiere este importantă atunci când vorbim despre protecţia mediului. Din categoria

problemelor de mediu fac parte: schimbări climatice, deprecierea stratului de ozon, accidente

majore, acidifierea, pierderi în biodiversitate, ozon troposferic şi alţi poluanţi oxidanţi,

gestiunea deficitară a apei dulci, degradarea pădurii, instabilitatea zonelor de coastă, deşeurile,

stresul urban, riscul chimic2, etc.

1 Vladimir, Rojanschi, Florina, Bran, Politici şi strategii de mediu, Editura Economică, Bucureşti, 2002, p.97.2 Ibidem

2

Datorită agravării lor, importanţa problemelor de mediu creşte cu fiecare zi, motiv

pentru care mulţi specialişti o consideră prioritatea numărul unu, înaintea unor priorităţi de

natură economică şi socială. Periclitarea echilibrelor ecologice dă peste cap toate scările de

valori şi în cazuri limită, poate conduce la însăşi distrugerea sistemelor economice şi sociale.

Pentru a soluţiona problemele cu care se confruntă în prezent omenirea, trebuie să

abordăm sectorial fiecare problemă în parte dar, în acelaşi timp, trebuie să facem şi o abordare

integrată a acestor probleme în evidenta conexiune dintre ele. Din păcate, nu este sesizată

problema necesităţii participării tuturor ţărilor la rezolvarea aspectelor globale ale protecţiei

mediului (schimbări climatice, deprecierea stratului de ozon, deşertificarea etc.). Astfel, ţările

în curs de dezvoltare se confruntă cu grave probleme de protecţie a mediului la nivel local sau

naţional, nemaiavând disponibilităţi, mai ales materiale de a contribui la rezolvarea celor

globale. În ultimele două secole, când tendinţele spre globalizare s-au accentuat economiile

naţionale devenind tot mai interdependente, diferenţele privind P.I.B./locuitor dintre ţările

dezvoltate şi cele subdezvoltate au crescut de la 3:1 în anul 1800, la 10:1 în 1990 şi la 60:1 în

anul 2000, ceea ce reflectă diferenţele dintre nivelul de dezvoltare al acestor ţări3.

3 Daniela, Gavrilă, Creşterea economică - beneficii şi costuri, Tribuna economică, nr.49, 2002, p.65-66.

3

Fig.1. Efectul de seră

A devenit tot mai larg răspândită convingerea, atât în ţările dezvoltate cât şi în cele în

curs de dezvoltare, că fără luarea unor măsuri eficiente în direcţia protecţiei mediului se vor

produce o serie de modificări ale mediului cu caracter global, ireversibil, care nu vor mai

putea fi controlate. În această categorie putem include efectul de seră, deteriorarea şi

distrugerea stratului de ozon, modificările climatice etc. Separat de efectele globale sunt

vizibile şi efecte cu caracter regional, cum sunt deforestarea, dispariţia unor specii de plante şi

animale, poluarea factorilor de mediu, deteriorarea solului etc. La acestea se adaugă poluarea

urbană sau locală datorată concentrării unor mari mase de populaţie. Apar astfel probleme

deosebit de severe de poluare a aerului, acumularea deşeurilor urbane, depozitarea deşeurilor

periculoase, poluarea apelor, infestarea apei freatice etc. Acestea sunt, pe scurt, unele din

motivele pentru care protecţia mediului a devenit atât de prezentă în viaţa noastră.

Aria de cuprindere a problematicii mediului înconjurător se circumscrie următoarelor

nivele: nivelul global şi transnaţional (schimbările climatice, distrugerea stratului de ozon

4

etc.), nivelul habitatelor naturale (deforestarea, protejarea ecosistemelor), nivelul factorilor de

mediu (solul, apa, aerul), nivelul spaţiilor amenajate (urbane, industriale).

Actuala dezvoltare economică, în formele pe care le cunoaştem, este în întregime

distrugătoare a mediului. Se observă atât o agravare cantitativă a poluării, cât şi o schimbare

de fond a problemelor ecologice. Ca fenomene proeminente: poluările locale fac loc poluărilor

globale, printre care amplificarea efectului de seră constituie exemplul cel mai semnificativ.

Se observă o „deconectare” a originii geografice a poluării de locul său de manifestare, iar

unele probleme de mediu vor afecta cu uşurinţă planeta în ansamblul său. Sunt din ce în ce

mai puternice interdependenţele ecologico - economice şi ating teritorii din ce în ce mai

îndepărtate. O decizie la nivel microeconomic influenţează, prin lanţul de cauzalităţi, stări

economice şi ecologice de ansamblu, care sunt adesea ignorate şi ca urmare a insuficienţelor

cadrului legislativ. Principalele elemente ce trebuie luate în considerare, la momentul actual,

sunt: respectarea Principiului „Poluatorul Plăteşte”, corectarea fisurilor drepturilor de

proprietate asupra resurselor naturale şi, la fel de important, introducerea şi promovarea eco -

industriilor şi a tehnologiilor curate.

Ar trebui să înţelegem că modelul de creştere economică, dominat de principiul

maximizării interesului privat, trebuie să se bazeze din ce în ce mai mult pe interdependenţele

în creştere, care presupun şi luarea în calcul a interesului general.

Sensul profund al ideii de globalizare, constă în caracterul nedefinit, dezorganizat şi

autopropulsat al problemelor lumii4. De aceea, orice întâmplare petrecută într-o zonă a

mediului înconjurător, cu consecinţe defavorabile vieţii, orice experienţă de rezolvare pozitivă

a acestor „rele” se constituie în informaţii de organizare şi conlucrare pentru depăşirea unor

viitoare situaţii similare. De aici decurge şi necesitatea unei abordări previzionale responsabile

a problemelor mediului natural, atât la scară naţională, cât şi planetară.

Ansamblul planetei este ameninţat de „îngrămădirea” unor riscuri ecologice majore,

cum sunt: deforestarea masivă, efectul de seră, alterarea stratului de ozon, etc. La astfel de

probleme globale trebuie găsite soluţii globale.

Poluarea figurează pe locul trei pe lista problemelor globale ale omenirii. Este vorba

de poluarea aerului, apei, solului şi de cea acustică.

4 Luminiţa Gabriela, Popescu, Globalizarea şi competitivitatea în afaceri, Tribuna economică, nr.20, 2003, p.65.

5

Poluarea aerului a produs deja perturbări ale echilibrului natural şi distrugeri de vieţi

omeneşti. Combustibilii fosili sunt folosiţi cu precădere, iar din arderea completă a acestora

rezultă în principal dioxid de carbon, iar din arderea incompletă rezultă impurităţi, particule în

suspensie, hidrocarburi, dioxid de sulf etc. Anual, au fost eliminate în atmosferă 6 miliarde de

tone de dioxid de carbon. O pătrime din acesta este absorbit de Oceanul Planetar, o altă

pătrime de către păduri, iar restul, adică jumătate din cantitatea totală, are consecinţe deja

cunoscute: efectul de seră cu încălzirea globală, subţierea stratului de ozon şi apariţia găurilor

negre. Emisiile industriale ale gazelor de seră ameninţă creşterea cu 2-4 ºC a temperaturii

globului de-a lungul secolului următor şi nu dau semne de atenuare. Distrugerea stratului de

ozon conduce la intensificarea radiaţiei ultraviolete care are efecte de frânare a fenomenelor

biotice şi de necrozare a ţesuturilor vii. Ca urmare a modificării balanţei de dioxid de carbon

apar schimbările climatice. Acestea sunt efecte ale activităţii antropice care se manifestă la

scară globală şi, de aceea, se regăsesc pe lista problemelor globale ale omenirii.

Fig.3. Circuitul carbonului în natură

6

Schimbările climatice afectează atât activitatea economică, cât şi ecosistemele naturale

şi artificiale. La toate acestea se adaugă şi defrişarea unor suprafeţe imense de păduri,

îndeosebi tropicale şi subtropicale (adevărate laboratoare naturale de consumare a dioxidului

de carbon şi de producere a oxigenului) în paralel cu o creştere susţinută a eliminărilor de

dioxid de carbon ce rezultă din activitatea industrială. Modificările produse ca urmare a

emisiilor de dioxid de carbon şi nu numai, se manifestă prin apariţia extremelor meteorologice

- simultan sau în alternanţă şi anume: ploi torenţiale însoţite de grindină cu dimensiuni mari,

perioade secetoase prelungite pe doi, trei ani, inundarea unor suprafeţe din plajele mărilor

deschise şi oceanelor (pentru anul 2070 se prevede o creştere cu un metru a nivelului

Oceanului Planetar). De asemenea, se observă: modificările din zonele temperate, în special

din cea nordică, a celor două anotimpuri mediane - primăvara şi toamna - se fac cu o frecvenţă

din ce în ce mai mare, mai ales în ultimul deceniu; canicule prelungite, simultan cu

temperaturi de minus 70 ºC; creşterea riscului îmbolnăvirilor datorită combinării emisiilor

nocive cu temperaturi ridicate produse de efectul de seră. În multe oraşe ale lumii, în

asemenea situaţii, aerul devine irespirabil şi obligă populaţia urbană la purtarea măştilor

filtrante - Tokio, New Mexico, Seul şi unele metropole din Europa.

Apa reprezintă o resursă - cheie în viaţa zilnică, agricultură şi industrie, aflându-se într-

un echilibru critic în multe regiuni ale lumii, gestiunea deficitară a apei dulci reprezentând o

problemă de mediu actuală a omenirii. Apa este cel mai puternic afectată de fenomenul de

poluare fiind, de multe ori, depăşită capacitatea de refacere naturală. În prezent, din păcate, se

constată o degradare progresivă a surselor prin încărcarea cu reziduuri. Astfel, are loc

eliminarea reziduurilor vieţii colective prin reţeaua de canalizare direct în apele curgătoare,

deversarea în râuri a numeroase produse chimice, care constituie deşeuri rezultate din

activitatea industrială şi deversarea apelor reziduale neepurate. Poluarea cu petrol a oceanelor

a atins proporţii critice, iar frecvenţa şi scara manifestărilor a crescut rapid, dând o lovitură

puternică nu numai echilibrului marin, ci şi sănătăţii omului. Acidifierea apelor reprezintă o

altă formă de poluare a acestora. Arderea combustibililor fosili (petrol sau cărbune), cât şi a

carburanţilor în motoare degajă în atmosferă cantităţi importante de dioxid de sulf şi dioxid de

azot, ca urmare a impurităţilor conţinute. Aceste gaze pot rămâne în atmosferă mai multe zile

şi se deplasează pe sute sau mii de kilometri, până când întâlnesc condiţii de reacţie

7

(conversie) în acizi (acid sulfuric şi acid azotic), care împreună cu amoniacul cad pe pământ

sau în ape de suprafaţă sub forma unor ploi acide ce afectează compoziţia chimică a solului

sau a apelor de suprafaţă, determinând o aşa zisă „acidifiere”. Uscarea unor păduri, cât şi

moartea unor lacuri sunt urmare a acestei acţiuni acide.

Fig.4. Evoluţia

concentraţiei CO2 din

atmosferă

Poluarea solurilor este efectul intervenţiei necontrolate şi neraţionale a omului. Astfel,

unul din procesele care degradează sever solurile este eroziunea. Tăierea masivă a pădurilor,

suprasolicitarea păşunilor, nerespectarea regulilor de irigaţii, depozitarea necontrolată a

deşeurilor de diverse tipologii a declanşat numeroase forme de degradare, atât a proprietăţilor

fizice, cât şi a celor chimice şi biologice ale solului, în ansamblu a disponibilităţii şi fertilităţii

acestuia. Datorită urbanizării şi industrializării, importante suprafeţe de teren sunt sustrase din

circuitul agricol.

În plină epocă industrială, poluarea acustică ne pândeşte la tot pasul. Folosirea

combustibililor fosili în industrie, petrochimie, termocentrale, transport etc. a condus la

constatarea unor modificări globale pe termen scurt. În anul 1974 au apărut primele studii

concrete prin care se atrăgea atenţia lumii întregi asupra pericolelor subţierii stratului de ozon

şi a apariţiei găurilor negre care pun în contact direct razele ultraviolete cu suprafaţa

Pământului. Consecinţele au început să devină îngrijorătoare, cu atât mai mult cu cât măsurile

luate nu s-au dovedit suficiente. La începutul anilor ’90 modificările climaterice au devenit

atât de vizibile încât ne vom găsi în pragul unei catastrofe dacă nu ne vom recăpăta controlul

asupra destinului nostru pe intervale mici de timp, având în vedere stabilizarea creşterii

populaţiei în funcţie de posibilităţile economice şi energetice.

8

Dispariţia speciilor este o altă problemă globală cu care se confruntă în prezent

omenirea şi are la bază diferite cauze: tăierile masive de păduri, incendiile şi distrugerile

provocate de secetă sau temperaturi foarte scăzute duc la o scădere continuă a suprafeţei

împădurite, iar lipsa preocupărilor pentru replantări este evidentă. De exemplu, Etiopia avea în

1950 o suprafaţă împădurită apreciată la 80% din total, iar în prezent aceasta s-a redus la 5%.

Scăderea suprafeţelor împădurite este una din cauzele dispariţiei unor specii de animale şi

anume a unora dintre acelea care-şi aveau sediul acolo5. Printre cauzele dispariţiei accelerate a

speciilor mai menţionez: absorbţia emisiilor nocive de către mări, oceane, lacuri interioare

(acest proces se face pe seama pierderilor masive din apă a unor compuşi indispensabili florei

şi faunei), uciderea pe scară largă (pentru blană, carne, spaţiu pentru animalele domestice),

ruperea de lanţuri trofice, distrugerea habitatului, eliminarea voită a unor specii autohtone în

favoarea altora mai productive.

Globalizarea în viziunea Conferinţei de la Rio versus Johannesburg

Conferinţa Organizaţiei Naţiunilor Unite asupra pământului de la Rio din 1992 este

considerată în prezent ca un moment definitoriu în lupta pentru dezvoltarea durabilă.

Evenimentul de la Rio a lansat Convenţia asupra Biodiversităţii şi Convenţia Cadru asupra

Schimbărilor Climatice, în timp ce la Conferinţa de la Johannesburg, din anul 2002, nu au

existat convenţii legale obligatorii în discuţie, fiind direcţionată către acţiune practică.

La Conferinţa de la Johannesburg, liderii lumii au ţinut prelegeri în care au arătat

modul în care ei au înţeles să atingă ţintele dezvoltării mileniului6.

Implementarea planului elaborat la Conferinţa de la Johannesburg a inclus un set de

obiective noi printre care unele din ele se referă la7:

5 Florina, Bran, Ildikó, Ioan, Carmen, Trică, Eco - economia ecosistemelor şi biodiversitatea, Editura A.S.E., Bucureşti, 2004, p.77.

6 Dumitrache, Caracota, Constantin Răzvan, Caracota, Dimensiuni contemporane ale dezvoltării durabile şi competitive. Idei şi experienţe istorice, Editura A.S.E., Bucureşti, 2004, p.34.

7 Ibidem 6.

9

- minimizarea efectelor dăunătoare asupra sănătăţii oamenilor şi mediului generate de

producţia şi utilizarea chimicalelor, până în anul 2020;

- stoparea pierderii biodiversităţii până în anul 2010, aşa cum a fostm agreat la Conferinţa de

la Rio de Janeiro din 1992 de către părţile semnatare ale Convenţiei Biodiversităţii.

Crucială pentru dezvoltarea durabilă este folosirea energiei durabile. Unul din aşa-

numitele „eşecuri” de la Rio din 1992 s-a referit la energie. Naţiunile producătoare de ţiţei,

conduse de Organizaţia Statelor Exportatoare de Petrol (O.P.E.C.) au fost severe la Rio, în

rezistenţa lor să includă prevederi în Agenda 21 care puteau constrânge utilizarea

combustibililor fosili. Şi în agenda negocierilor de la Johannesburg energia ocupă un loc de

frunte. La Johannesburg s-a reconfirmat faptul că dezvoltarea energetică durabilă se găseşte în

centrul competiţiei pentru dezvoltarea durabilă. Acest Summit a acordat o mai mare atenţie

dezvoltării energiei alternative în toată lumea şi tot aici ţările care au ratificat protocolul de la

Kyoto din anul 1997 au reconfirmat angajarea lor de a reduce emisiile de gaze cu efect de seră

la 5,2% până în anii 2008-2012, iar alte ţări au fost încurajate să se alăture cât mai repede

posibil. Dar pentru rezolvarea problemelor globale ale omenirii este nevoie de un consens

general şi mai ales de obţinerea sprijinului celui mai puternic industrializat stat din lume -

Statele Unite ale Americii care nu au ratificat protocolul de la Kyoto.

Fig.5. Evoluţia emisiilor globale ale CO2 în cele mai poluatoare ţări

10

Cel mai important aspect de la Johannesburg este implementarea. La Johannesburg,

Uniunea Europeană a lansat două parteneriate asupra apei şi energiei, care trebuie să fie rapid

implementate, aceasta depinzând însă de ceea ce este realizat pe plan regional, naţional şi

local. Declaraţia politică şi implementarea planului adoptate la Johannesburg, împreună cu

rezultatele întâlnirii Organizaţiei Mondiale de Comerţ de la Doha din anul 2001 şi Conferinţa

Naţiunilor Unite cu tema „Finanţare şi dezvoltare” de la Monterey din anul 2002, au pus

fundamentul pentru un parteneriat global asupra dezvoltării durabile care să mărească asistenţa

pentru dezvoltare şi accesul la piaţă al ţărilor în curs de dezvoltare, buna guvernare şi un

mediu mai bun.

Un aspect foarte important al Conferinţei de la Johannesburg a fost acela că toate ţările

au reafirmat importanţa soluţiilor multilaterale asupra problemelor globale. Cu alte cuvinte, la

probleme globale trebuie găsite soluţii globale.

Globalizarea vieţii economico - sociale şi a spiritului uman este un proces firesc,

expresie a nevoii de asigurare a controlului riscurilor pe care le generează accentuarea

complexităţii externalităţilor pozitive şi negative ale asigurării echilibrului înaintării,

generaţiilor umane care coexistă şi se succed la viaţă pe Pământ, în condiţii de incertitudine8.

Schimbări climatice. Protocolul de la Kyoto

În ultimii 100 de ani temperatura medie globală a crescut cu 0,6 ºC şi în Europa cu

1,2 ºC, iar deceniul ’90 a fost cel mai călduros din ultimii 150 de ani. Se preconizează că

temperaturile vor creşte cu 1,4 - 5,8 ºC până în 2010, creşterile cele mai mari înregistrându-se

în Europa de Est şi Sud. Sistemul climatic terestru pare deci orientat spre schimbare. Prin

modelări matematice, specialiştii prognozează că, datorită creşterii alarmante a emisiilor

antropice de gaze cu efect de seră, schimbările climatice globale se vor desfăşura tot mai rapid

şi vor ajunge la un nivel de echilibru, cu o temperatură mai ridicată decât oricare alta întâlnită

de-a lungul existenţei umane. Se manifestă însă o considerabilă incertitudine şi chiar

scepticism cu privire la prognozele ştiinţifice sus-menţionate. Astfel, încălzirea indiscutabilă

cu 0,6 ºC a temperaturii medii globale în secolul al XX-lea este interpretată de unii autori ca

înscriindu-se în limitele „naturale” ale variabilităţii climatice din ultimele secole. Mai mult,

8 Popescu, Constantin , Creşterea care sărăceşte, Editura Tribuna Economică, Bucureşti, 2003, p.339.

11

recenta încălzire reprezintă doar aproximativ jumătate din cea rezultată din modelele

atmosferice matematice.

Unele dintre modelele matematice actuale ale climei globale sunt de acord, în general,

că mărirea concentraţiei de dioxid de carbon şi altor gaze cu efect de seră va produce o

încălzire globală de câteva grade Celsius. Regiunile boreale şi cele subarctice sunt considerate

a fi de o sensibilitate aparte la modificările regionale sau globale ale mediului înconjurător.

Anotimpurile din regiunile temperate au un caracter mai excesiv în zonele nordice, atât ca

durată, cât şi ca amplitudine, cu ecarturi mari de temperatură între iarnă şi vară. De altfel,

variabilitatea climatică este şi ea mai pronunţată pentru scări de timp de ordinul deceniilor sau

mai mari. Se preconizează manifestarea mai intensă a tuturor fenomenelor meteo, cu

intensificarea precipitaţiilor în secolul XXI, la altitudini medii şi înalte, cu scăderi în unele

regiuni şi creşteri în altele, la altitudini joase, intensificarea amplitudinii fenomenelor meteo

determinând inundaţii şi secete extreme.

La latitudini mari, ca şi în regiunile montane, printre efectele importante ale schimbării

climei, se vor număra intervenţiile în procesele de îngheţ-dezgheţ şi modificări în

comportamentul gheţarilor, cu o gamă largă de efecte secundare în procesele geomorfologice,

condiţiile hidrologice şi regimul termic al solului, precum şi în ceea ce priveşte vegetaţia,

habitatele naturale şi amenajările antropice.

Calotele glaciare joacă în prezent, ca şi în ultimele câteva milioane de ani, un rol de

pivot în modelarea mediului înconjurător la nivel global. Prin creşterea şi descreşterea lor, se

modifică topografia suprafeţei Pământului, influenţând astfel temperaturile globale şi

deplasarea maselor de aer. Ele stochează apa şi schimbă nivelul mărilor şi oceanelor.

Cercetătorii apreciază că ridicarea nivelului mării este, fără îndoială, cel mai important şi mai

vizibil efect al încălzirii globale şi al efectului de seră, cu cele mai severe consecinţe asupra

regiunilor costiere joase, plajelor şi terenurilor umede.

Ca urmare a schimbărilor climatice, se va intensifica riscul dispariţiei unor specii mai

vulnerabile şi reducerea biodiversităţii, în timp ce unele specii ar putea creşte în cantitate sau

ca areal de extindere. Pericolul iminent pentru omenire este legat de variabilitatea crescândă în

intensitate şi frecvenţă a furtunilor şi altor evenimente extreme legate de vreme şi climă, cum

sunt inundaţiile şi secetele, valurile de căldură din zone urbane importante şi impactul creşterii

nivelului mării în zonele joase de coastă. O mare problemă, conform acestor modele, este

12

aceea că schimbările climatice vor persista timp de mai multe secole, chiar dacă emisiile de

gaze cu efect de seră de provenienţă antropică s-ar diminua, deoarece unele dintre aceste gaze

(îndeosebi dioxidul de carbon) au rezidenţă atmosferică foarte lungă.9

În 5 iunie 1992 a fost adoptată Convenţia Cadru a Naţiunilor Unite privind Schimbările

climatice. Protocolul de la Kyoto la Convenţia - cadru a Naţiunilor Unite asupra

schimbărilor climatice, adoptat la 11 decembrie 1997 şi ratificat de România prin Legea nr.

3/2001, are drept ţintă limitarea cantitativă şi reducerea emisiei de gaze cu efect de seră faţă de

nivelul anului 1989, în perioada obligatorie 2008 - 2012. Protocolul prevede ca totalul

emisiilor antropice de gaze cu efect de seră, exprimate în bioxid de carbon echivalent, să nu

depăşească cantităţile atribuite ţărilor semnatare, calculate ca urmare a angajamentelor de

limitare cantitativă şi de reducere a emisiei, în scopul reducerii cu cel puţin 5% a emisiilor

globale în perioada de angajare 2008-2012 faţă de nivelul anului 1989.

România, care s-a numărat printre primele semnatare ale Protocolului de la Kyoto, şi-a

luat următoarele angajamente:

- reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, în perioada de angajare 2008-2012, la 92% din

nivelul acestora în anul 1989 (reducere cu 8%)

- realizarea nu mai târziu de 2007 a unui sistem de estimare a emisiilor de gaze cu efect de

seră

- elaborarea şi implementarea politicilor în vederea promovării dezvoltării durabile

- realizarea, înainte de prima perioadă de angajament, adică înainte de 2008, a Registrului

Naţional de emisii de gaze cu efect de seră.

Participarea la utilizarea mecanismelor protocolului de la Kyoto

Protocolul de la Kyoto permite Părţilor, care l-au ratificat, să-şi îndeplinească

angajamentele de reducere a emisiilor de GES combinând politicile şi măsurile interne cu trei

mecanisme flexibile, şi anume: Implementare în comun - (JI); Mecanism de dezvoltare curată

- (CDM), Comercializarea internaţională a emisiilor – (IET).

Mecanismele JI si CDM asigura reducerea de emisii prin dezvoltarea unor proiecte

specifice în tarile eligibile în care conditiile de realizare sunt mai avantajoase.

9 Raport privind starea mediului pe anul 2005, Agenţia Naţională pentru Protecţia Mediului, http://www.arpm7c.ro/RAPORT-PRIVIND-STAREA-MEDIULUI-PE-ANUL-2005-1601

13

Dacă o ţară emite mai mult decât cantitatea alocată ei sub Protocol, ea poate folosi

aceste mecanisme pentru a achiziţiona fie unităţi de cantitate alocată - AAU prin

comercializarea acestora, fie unităţi de reducere a emisiilor- ERU, obţinute în urma proiectelor

implementate în comun, fie reduceri certificate de emisii – CER prin mecanismul de

dezvoltare curată.

Implementare în comun. Conform articolului 6 al Protocolului de la Kyoto,

Implementare în comun (JI) este un mecanism proiectat astfel încât să faciliteze transferul de

tehnologii şi creşterea absorbţiei de carbon. Părţile din Anexa 1 a Convenţiei pot transfera

către sau achiziţiona de la alte Părţi din Anexa 1 unităţi de reducere a emisiilor (ERU) sau

credite rezultate din activităţile proiectelor de JI ce reduc emisiile de GES sau măresc

absorbţia de GES, în timpul primei perioade de angajament.

Pentru aprobarea proiectelor, guvernele ţărilor interesate să implementeze în comun

proiecte de reducere a emisiilor de GES, încheie memorandumuri de înţelegere. România a

semnat 10 astfel de memorandumuri de înţelegere cu guvernele Elveţiei, Olandei, Austriei,

Danemarcei, Norvegiei, Suediei, Franţei Italiei şi Finlandei precum şi cu Fondul prototip al

carbonului înfinţat de Banca Mondială.

Pînă în prezent 21 de proiecte JI se află în diferite stadii de realizare. Marea majoritate

a proiectelor aprobate se situează în zona autorităţilor locale: sisteme de încălzire centralizată

(prin utilizarea surselor regenerabile de energie – rumeguş energie geotermală), închideri de

depozite de deşeuri. Proiectele realizate pe baza acestui mecanism favorizeaza

retehnologizarea în domeniile in care se realizează.

Mecanismul de dezvoltare curată. Articolul 12 al protocolului de la Kyoto specifică

faptul că CDM are dret scop sprijinirea statelor în curs de dezvoltare ce nu sunt incluse în

Anexa 1 în obţinerea unei dezvoltări durabile şi permiterea folosirii reducerilor de emisii

realizate în astfel de proiecte de către Părţile din Anexa 1 pentru conformarea cu

angajamentele de reducere din Protocol.

Având în vedere capacitatea de a îndeplini angajamentul de reducere prevăzut de

Protocolul de la Kyoto pentru prima perioadă de angajament (2008-2012), România nu va

recurge la această opţiune. Utilizarea de CMD va putea fi reconsiderată în viitor.

Comercializarea Internaţională a Emisiilor reprezintă abilitatea a două entităţi, care

trebuie să-şi reducă emisile, de a tranzacţiona între ele o parte din creditele de emisii. Analiza

14

scenariului privind emisiile de GHG indică un potenţial considerabil al României de a vinde

AAU (unităţi de cantitate alocată) conform Articolului 17 din Protocol de la Kyoto.

România va introduce un sistem de comercializare internaţionala a emisiilor, conform

Articolului 17 din Protocolul de la Kyoto, inclusiv în forma unei Scheme Verzi de Investiţii

(GIS). Acest sistem se va baza pe alocarea veniturilor din IET pentru promovarea investiţiilor

de reducere a emisiilor de GHG din România şi pentru alte proiecte cu beneficii asupra

mediului. Primul transfer de AAU-uri se poate realiza in 2008, deşi primele venituri pot fi

aşteptate mai repede.10

Participarea României la implementarea schemei europene de comercializare a

certificatelor de emisii de gaze cu efect de seră

Schema europeană de comercializare a certificatelor de emisii de gaze cu efect de seră

(EU ETS) este stabilită prin Directiva 2003/87/CE privind înfiinţarea schemei de

comercializare a certificatelor de emisii de gaze cu efect de seră Schema se aplică în România

începând cu 1 ianuarie 2007, data aderării României la Uniunea Europeană, iar a doua fază a

schemei se desfaşoară în perioada 2008-2012, corespunzând cu prima perioadă de angajament

a Protocolului de la Kyoto.

Scopul schemei UE privind comercializarea certificatelor de emisii de gaze cu efect de

seră (EU ETS) reprezintă promovarea unui mecanism de reducere a emisiilor de gaze cu efect

de seră de către agenţii economici cu activităţi care generează astfel de emisii, în aşa fel încât

îndeplinirea angajamentelor asumate de UE sub Protocolul de la Kyoto să fie mai putin

costisitoare.

Funcţionarea schemei se bazează pe tranzacţionarea certificatelor de emisii de gaze cu

efect de seră care au fost alocate operatorilor care deţin instalaţii în care se desfaşoară

activităţi reglementate de H.G. nr. 780/2006 , în masura în care aceştia respectă prevederile

privind limitele pentru emisiile de CO2. Un certificat de emisii de gaze cu efect de seră

reprezintă titlul care conferă unei instalaţii dreptul de a emite o tonă de dioxid de carbon

10 Raport privind starea mediului pe anul 2007, Agenţia Naţională pentru Protecţia Mediului, www.ipmbc.mido.ro/download/2728.doc

15

echivalent într-o perioadă definită, valabil pentru îndeplinirea scopului HG nr. 780/2006 şi

transferabil în condiţiile prevăzute de acest act normative.

Pentru implementarea H.G. nr. 780/2006 a fost elaborat Planul National de Alocare

(NAP) care reprezintă documentul prin care se stabileşte numărul total de certificate de emisii

de gaze cu efect de seră, alocate la nivel naţional, precum şi la nivelul fiecărei instalaţii care

intră sub incidenţa prevederilor HG nr. 780/2006. Planul Naţional de Alocare este elaborat

pentru anul 2007, ultimul an al perioadei 2005-2007 şi pentru perioada 2008-2012, fiind

transmis Comisiei Europene într-un singur document consolidat.

Planul devine operaţional pentru România după aprobarea lui prin Hotărâre a

Guvernului României, ca urmare a notificării aprobării acestuia de către Comisia Europeană.

Au fost definite următoarele 8 sectoare (de alocare) ETS: sectorul energie, sectorul

rafinare produse petroliere, sectorul producţie şi prelucrare metale feroase, sectorul ciment,

sectorul var, sectorul sticlă, sectorul ceramică, sectorul celuloză şi hârtie. Odată stabilit

numărul de certificate ce revine fiecăruia dintre cele opt sectoare, acestea sunt alocate

instalaţiilor din cadrul sectorului.

Potrivit HG nr. 780/2006, România alocă certificatele de emisii de gaze cu efect de

seră cu titlu gratuit. Rezerva pentru nou intraţi rămasă neutilizată la sfârşitul perioadei 2008 –

2012 este valorificată prin scoatere la licitaţie.

Numărul de certificate ce au fost alocate în anul 2007 este de 74.836.235. Numărul de

certificate ce urmează a fi alocate în cea de-a doua perioadă (2008-2012) este 379.721.760

(întreaga perioadă), cu o valoarea medie de 75.944.352 anual.

Inventarul anual al gazelor cu efect de seră (1990-2005) al Comunităţii Europene şi

raportul privind inventarul pe 2007

Emisiile de gaze cu efect de seră au scăzut în intervalul 2004-2005, după cum

menţionează raportul anual de inventariere a emisiilor de gaze cu efect de seră al Comunităţii

Europene, pregătit de Agenţia Europeană de Mediu (AEM) din Copenhaga. Raportul intitulat

„Inventarul anual al gazelor cu efect de seră (1990-2005) al Comunităţii Europene şi raportul

privind inventarul pe 2007” a fost prezentat secretariatului Convenţiei-cadru a Organizaţiei

Naţiunilor Unite pentru schimbările climatice (UNFCCC) drept document oficial al

16

Comunităţii Europene. AEM a făcut publice în prealabil aspectele principale ale raportului în

mai 2007, din raţiuni de interes public şi politic în ceea ce priveşte chestiunile legate de

schimbările climatice.

Versiunea finală a respectivului raport a fost prezentată la UNFCCC la 27 mai 2007.

Aspectele principale ale raportului final sunt următoarele:

UE-15: Emisiile de gaze cu efect de seră au scăzut cu 0,8% (35,2 milioane de tone de

CO2 echivalente) între 2004 şi 2005 – în principal datorită unei scăderi a emisiilor de

CO2 de 0,7% (26 milioane de tone).

UE-15: Emisiile de gaze cu efect de seră au scăzut cu 2,0% în 2005 faţă de anul de

referinţă[1] stabilit în baza Protocolului de la Kyoto.

UE-15: Emisiile de gaze cu efect de seră au scăzut cu 1,5% între 1990 şi 2005

UE-27: Emisiile de gaze cu efect de seră au scăzut cu 0,7% (37,9 milioane de tone de

CO2 echivalente) între 2004 şi 2005

UE-27: Emisiile de gaze cu efect de seră au scăzut cu 7,9% faţă de nivelurile din 1990

Germania, Finlanda şi Ţările de Jos au contribuit cel mai mult la reducere în

valoare absolută pe teritoriul UE-15 (vezi tabelul nr.1). Reducerea emisiilor de CO2 a

dus la reducerea globală a emisiilor de gaze cu efect de seră în aceste ţări.

Germania a redus emisiile cu 2,3% sau 23,5 milioane de tone CO2 echivalente:

unul dintre principalele motive care au dus la scăderea emisiilor a fost trecerea de la

utilizarea cărbunelui la gaze naturale pentru producţia de electricitate şi energie

termică in reţelele publice. În plus, emisiile provenite din transportul rutier şi de la

gospodării şi servicii au scăzut semnificativ.

Finlanda a redus emisiile cu 14,6% sau 11,9 milioane de tone CO2 echivalente:

reducerea emisiilor s-a datorat în principal unei scăderi considerabile a utilizării

combustibililor fosili în producţia de electricitate şi energie termică in reţelele publice,

datorită importurilor de energie electrică. A scăzut în special utilizarea cărbunelui.

Ţările de Jos au redus emisiile cu 2,9% sau 6,3 milioane de tone CO2

echivalente: s-a utilizat o cantitate mai mică de combustibili fosili în producţia de

17

electricitate şi energie termică pentru reţelele publice. Gospodăriile şi sectorul

serviciilor au utilizat mai puţin combustibil, datorită iernii mai călduroase.11

Stat membru 1990(mil. tone)

An ref. (mil. tone)

2005 (mil. tone)

Variaţie 2004-2005 (mil. Tone)

Variaţie 2004-2005(%)

Variaţie 1990-2005

Variaţie referinţă-2005

Obiective2008-2012

Austria 79.1 79.0 93.3 2.1 2.3% 18.0% 18.1% -13.0%Belgia 145.8 146.9 143.8 -3.8 -2.6% -1.3% -2.1% -7.5%Bulgaria 116.1 132.1 69.8 0.9 1.3% -39.9% -47.2% -8.0%Cipru 6.0 6.0 9.9 0.0 0.2% 63.7% 63.7% -Cehia 196.2 196.3 145.6 -1.5 -1.0% -25.8% -25.8% -8.0%Danemarca 69.0 69.3 63.9 -4.3 -6.3% -7.4% -7.8% -21.0%Estonia 43.6 43.0 20.7 -0.5 -2.3% -52.6% -52.0% -8.0%Finlanda 71.2 71.1 69.3 -11.9 -14.6% -2.7% -2.6% 0.0%Franţa 664.2 663.9 663.4 -2.7 -0.6% -1.9% -1.9% 0.0%Germania 1227.9 1232.6 1001.6 -23.6 -2.3% -18.4% -18.7% -21.0%Grecia 108.7 111.1 139.2 1.6 1.2% 28.0% 25.4% 25.0%Ungaria 93.7 123.0 80.5 1.0 1.2% -18.4% -34.5% -6.0%Irlanda 55.4 55.8 69.9 1.3 1.9% 26.3% 25.4% 13.0%Italia 519.5 519.5 582.2 1.7 0.3% 12.1% 12.1% -0.5%Letonia 26.4 26.0 10.9 0.2 1.5% -58.9% -58.0% -8.0%Lituania 43.1 48.1 22.6 1.6 7.2% -53.0% -53.1% -8.0%Luxemburg 12.7 12.7 12.7 -0.1 -0.4% 0.4% 0.4% -28.0%Malta 2.2 2.2 3.4 0.2 6.1% 54.8% 54.8% -Ţările de jos 213.0 214.6 212.1 -6.3 -2.9% -0.4% -1.1% -6.0%Polonia 486.2 586.9 399.0 2.3 0.6% -18.0% -32.0% -6.0%Portugalia 59.9 60.9 85.6 0.9 1.0% 42.8% 40.4% 27.0%România 243.7 282.6 153.7 -6.4 -4.0% -38.2% -45.6% -8.0%Slovacia 73.0 73.4 43.7 -0.8 -1.6% -33.3% -33.6% -8.0%Slovenia 18.4 20.2 20.3 0.4 2.1% 10.2% 0.4% -8.0%Spania 287.4 289.4 440.6 15.4 3.6% 53.3% 52.3% 15.0%Suedia 72.2 72.3 67.0 -2.7 -3.9% -7.3% -7.4% 4.0%Anglia 771.4 779.9 657.4 -3.0 -0.5% -14.8% -15.7% -12.5%UE-15 4257.2 4278.8 4192.0 -35.2 -0.8% -1.5% -2.0% -8.0%UE-27 5620.9 * 5177.0 -37.9 -0.7% -7.9% * *

11 Comunicat de presă al Agenției Europene de Mediu: Inventarul anual al gazelor cu efect de seră (1990-2005) al Comunităţii Europene şi raportul privind inventarul pe 2007, http://www.eea.europa.eu/pressroom/newsreleases/eu-greenhouse-gas-emissions-decrease-in-2005

18

* - Nu se aplică

Alte ţări UE-15 care au înregistrat scăderi ale emisiilor între 2004 şi 2005 sunt: Belgia,

Danemarca, Franţa, Luxemburg, Suedia şi Regatul Unit. Anul de referinţă pentru majoritatea

gazelor cu efect de seră stabilit prin Protocolul de la Kyoto este 1990 pentru UE-15, însă

aproape toate statele membre utilizează 1995 ca an de referinţă pentru gazele fluorurate sau

„gazele F”.

În valoare absolută, Spania este ţara în care s-a înregistrat cea mai mare creştere a

emisiilor de gaze cu efect de seră între 2004 şi 2005 (vezi tabelul din cadrul notelor pentru

editor). În Spania, creşterea emisiilor de gaze cu efect de seră cu 3,6% sau 15,4 milioane de

tone de CO2 echivalente s-a datorat în special producţiei de electricitate şi energie termică

pentru reţelele publice. Acest fapt se datorează unei creşteri a producţiei de energie electrică

de la centralele termice (17%), si a unei scăderi a producţiei de energie electrică de la

hidrocentrale (-33%).

Alte ţări UE-15 care au înregistrat creşteri ale emisiilor între 2004 şi 2005 sunt:

Austria, Grecia, Irlanda, Italia şi Portugalia.

Acest raport este documentul oficial prin care UE prezintă UNFCCC totalul emisiilor

interne de gaze cu efect de seră în perioada 1990-2005. În acest context, expresia „emisii

interne” se referă la emisiile de pe teritoriul UE. Raportul conţine informaţii privind emisiile

de gaze cu efect de seră din UE-15 şi UE-27. De asemenea, explică în mod detaliat procesul

prin care se evaluează emisiile în UE şi prin care se efectuează verificarea calităţii. AEM este

responsabilă pentru redactarea şi publicarea respectivului raport anual şi utilizează informaţiile

raportate de guvernele naţionale în cadrul mecanismului de monitorizare a emisiilor de gaze

cu efect de seră al CE.

În 2005, Sistemul de comercializare a certificatelor de emisie de gaze cu efect de seră

al Uniunii Europene (EU ETS) a inclus aproximativ 47% din totalul de emisii de CO 2 şi

aproximativ 39% din totalul de emisii de gaze cu efect de seră din UE-15. EU ETS a inclus

aproximativ 49% din totalul de emisii de CO2 şi 41% din totalul de emisii de gaze cu efect de

seră din UE-25. În general, informaţiile EU ETS au fost utilizate de statele membre ale UE ca

element de calcul, în vederea raportului menţionat, al emisiilor totale de CO2 în ceea ce

priveşte sectoarele Energie şi Procese industriale. Cu toate acestea, o cuantificare explicită a

19

contribuţiei EU ETS la emisiile totale de CO2 la nivel de sectoare şi subsectoare pentru UE-15

sau UE-25 nu este inca posibila.

Conform Protocolului de la Kyoto, UE-15 are drept obiectiv comun o reducere a

emisiilor totale de gaze cu efect de seră cu 8% faţă de anul de referinţă. Pentru UE-27, nu

exista inca un obiectiv comun in contextul Protocolului de la Kyoto. Raportarea oficială a

emisiilor cu scopul de a respecta obiectivele Protocolului de la Kyoto va începe în 2010 – când

se vor raporta emisiile pentru anul 2008. Între timp, raportul reprezintă cea mai relevantă şi

mai exactă sursă de informaţii privind emisiile de gaze cu efect de seră din UE. El poate fi

utilizat pentru urmărirea performanţelor UE în ceea ce priveşte reducerea emisiilor de gaze cu

efect de seră interne (adică de pe teritoriul UE), în vederea respectării obiectivelor de la

Kyoto.

Părţile la Protocolul de la Kyoto pot utiliza surse de absorbtie a bioxidului de carbon,

precum şi aşa-numitele „mecanisme flexibile”, cu scopul de a reduce şi mai mult emisiile de

gaze cu efect de seră în afara teritoriilor lor naţionale – ca supliment faţă de reducerile interne.

Prin urmare, masurile interne (la nivel EU) constituie metoda principală de realizare a

obiectivelor de la Kyoto.

Raportul de inventariere sugerează faptul că emisiile interne de gaze cu efect de seră au

scăzut cu aproximativ 2,0% faţă de anul de referinţă stabilit de Protocolul de la Kyoto. În ceea

ce priveşte UE-15, anul de referinţă pentru CO2, CH4 şi N2O este 1990; pentru gazele

fluorurate, 12 state membre au ales 1995 ca an de referinţă, în timp ce Austria, Franţa şi Italia

au ales 1990. Având în vedere că inventarul UE-15 este suma inventarelor statelor membre,

estimările de emisii de gaze fluorurate în anul de referinţă al UE-15 sunt suma emisiilor din

1995 înregistrate în 12 state membre şi a emisiilor din 1990 înregistrate de Austria, Franţa şi

Italia. Emisiile din anul de referinţă pentru UE-15 includ şi emisiile provenite din

despăduririle practicate în Ţările de Jos, Portugalia şi Regatul Unit [„Raportul iniţial al

Comunităţii Europene în temeiul Protocolului de la Kyoto” (AEM, 2006)].

Malta nu a furnizat estimări ale emisiilor de gaze cu efect de seră pentru 2005, prin

urmare datele furnizate în tabel se bazează pe aproximarea datelor lipsă.

UE-27 nu are un obiectiv comun în temeiul Protocolului de la Kyoto

20

UE-15: Austria, Belgia, Danemarca, Finlanda, Franţa, Germania, Grecia, Irlanda,

Italia, Luxemburg, Ţările de Jos, Portugalia, Spania, Suedia, Regatul Unit

UE-27: Austria, Belgia, Bulgaria, Cipru, Republica Cehă, Danemarca, Estonia,

Finlanda, Franţa, Germania, Grecia, Ungaria, Irlanda, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburg,

Malta, Ţările de Jos, Polonia, Portugalia, România, Slovacia, Slovenia, Spania, Suedia,

Regatul Unit.

Dezvoltarea durabilă - modelul de dezvoltare a omenirii în viitor

Răspunsul societăţii umane la actuala criză ambientală ale cărei componente de bază

sunt suprapopularea, epuizarea resurselor şi poluarea este dat de dezvoltarea durabilă care se

propune a fi modelul de dezvoltare a omenirii în viitor.

Dezvoltarea durabilă implică relaţiile oamenilor cu mediul înconjurător şi

responsabilităţile generaţiilor actuale faţă de cele viitoare. Dezvoltarea economică durabilă

presupune o nouă atitudine faţă de mediul ambiant, în care preceptul „Omul trebuie să fie

stăpân al naturii” aparţinând lui René Descartes şi care a reprezentat cuvântul de ordine al

secolului al XIX-lea şi o bună parte a secolului al XX-lea sub imperiul revoluţiei industriale să

fie înlocuit cu „Omul trebuie să fie parte a naturii şi protector al ei”. Conştiinţa apartenenţei la

natură a omului trebuie să devină un imperativ al celei mai mari părţi a locuitorilor planetei.

Numai aşa se va putea răspunde pozitiv la toate provocările viitorului. Dintre acestea două

sunt vitale: creşterea populaţiei şi progresele accelerate ale tehnologiei într-un mediu dat, tot

mai limitat în ceea ce priveşte resursele de supravieţuire. Astfel că dezvoltarea economică

durabilă trebuie să vizeze şi condiţii favorabile pentru soluţionarea gravelor probleme sociale

cu care se confruntă individul şi comunităţile umane. În acest sens, dezvoltarea economică

durabilă reprezintă forma de dezvoltare care reuneşte într-un tot echilibrat creşterea

economică, protecţia mediului înconjurător, justiţia socială şi democraţia.

21

Fostul premier al Norvegiei, Gro Harlem Brundtland în calitate de Preşedinte al

Comisiei Mondiale de Mediu şi Dezvoltare a prezentat în anul 1987 raportul „Viitorul nostru

comun”, în care definea dezvoltarea durabilă ca fiind „dezvoltarea care corespunde

necesităţilor prezentului fără a compromite posibilitatea generaţiilor viitoare de a-şi satisface

propriile necesităţi”12. Regăsim mesajul acestui raport în cadrul „Principiului 3” al Declaraţiei

de la Rio cu privire la Mediu şi Dezvoltare (3-14 iunie 1992), conform căruia „dreptul la

dezvoltare trebuie exercitat astfel încât să fie satisfăcute, în mod echitabil, nevoile de

dezvoltare şi de mediu ale generaţiilor prezente şi viitoare”.

Referire la dezvoltarea durabilă se face şi în Standardul I.S.O. 14.001, în introducerea

acestuia, precizându-se că: „Toate tipurile de organizaţii sunt preocupate din ce în ce mai mult

să atingă şi să demonstreze o performanţă de mediu evidentă, controlând impactul propriilor

activităţi, produse sau servicii asupra mediului şi luând în considerare politica şi obiectivele

lor de mediu. Aceste aspecte se înscriu în contextul legislaţiei din ce în ce mai stricte, al

dezvoltării politicilor economice şi a altor măsuri destinate să încurajeze protecţia mediului, a

creşterii preocupării părţilor interesate privind problemele legate de mediu, inclusiv

dezvoltarea durabilă”13.

Dezvoltarea durabilă cuprinde ideea dezvoltării fără epuizarea resurselor prin trecerea

dincolo de limita de suportabilitate şi regenerare a ecosistemelor, iar fundamentul acesteia îl

reprezintă necesitatea integrării obiectivelor economice cu cele ecologice şi de protecţie a

mediului. În această etapă de dezvoltare a omenirii este esenţial ca, în toate ţările, aceste

obiective să fie integrate de la început, cu scopul de a minimiza pagubele economico -

ecologice.14

În ultimii ani, operaţionalizarea dezvoltării durabile a devenit un obiectiv strategic

pentru întreaga umanitate, ea trebuind adaptată la specificul fiecărei ţări, în funcţie de

particularităţile naţionale demografice, ale mediului natural, ale spaţiului construit etc. Sensul

dezvoltării durabile poate fi înfăptuit numai prin găsirea celui mai bun model endogen de

reconciliere între om şi natură. Ţările nedezvoltate în paşii pe care-i urmează pe calea

dezvoltării nu trebuie să imite drumul urmat de ţările dezvoltate din trecut până azi, soluţia

12 Cicerone, Ionescu, Cum să construim şi să implementăm un sistem de management de mediu în conformitate cu I.S.O. 14.001, Editura Economică, Bucureşti, 2000, p.31.13 European Commission (1996), International standard I.S.O. 14.001. Environmental Management Systems.Specification with guidance for use. Referance number 150.14 M., Falque, Dévelopement durable: pour un nouveau contenu, I.C.R.E.I., Paris, 1992.

22

dezvoltării lor trebuie să se bazeze pe crearea unei societăţi care este intrinsec compatibilă cu

mediul său. Dacă ar imita ţările dezvoltate, urmând astfel paşii parcurşi de acestea în drumul

către dezvoltare, ele ar repeta şi acele erori pe care le-au făcut ţările dezvoltate în trecut şi care

au condus la situaţia actuală de deteriorare a mediului.

Obiectivul general al dezvoltării durabile este de a găsi un optim al interacţiunii dintre

patru sisteme: economic, uman, ambiental şi tehnologic. Nivelul optim corespunde acelei

dezvoltări de lungă durată, care poate fi susţinută de către cele patru sisteme. Pentru ca

modelul să fie operaţional este necesar ca această susţinere sau viabilitate să fie aplicabilă la

toate subsistemele ce formează cele patru dimensiuni ale dezvoltării durabile, adică plecând de

la energie, agricultură, industrie şi până la investiţii, aşezări umane şi biodiversitate.

Atât Conferinţa Naţiunilor Unite privind Mediul şi Dezvoltarea din 3-14 iunie 1992 de

la Rio de Janeiro, cât şi Conferinţa O.N.U. de la Johannesburg din 26 august - 4 septembrie

2002 au contribuit în mod semnificativ la conştientizarea urgenţei unei dezvoltări durabile. Cu

aceste ocazii a fost adresat lumii întregi un mesaj clar şi anume: fără o gestionare mai bună a

mediului înconjurător dezvoltarea va fi subminată, iar fără o dezvoltare accelerată a

ţărilor sărace, politicile privind mediul vor eşua.

Energie durabilă şi sigură, politica energetică a Uniunii Europene in susţinerea

durabilităţii ecologice

Sursele neconvenţionale de energie sunt cunoscute în literatura de specialitate sub

denumirea de „surse noi”, însă numai tehnologiile de captare, conversie şi utilizare energetică

şi economică sunt relativ noi. Aceste surse de energie prezintă o serie de particularităţi de care

trebuie să se ţină cont atât în procesul de utilizare, cât şi în activitatea de includere a acestora

în balanţa energetică. Sursele neconvenţionale de energie se regenerează în urma unor procese

naturale şi sunt inepuizabile, ceea ce le conferă calitatea de resursă certă în energetica

viitorului. De asemenea, prezintă o mare simplitate în construcţie şi pot fi utilizate atât în

sistemul energetic descentralizat pentru consumatori izolaţi, cât şi conectate la sistemul

energetic naţional.

23

La nivel mondial, din totalul resurselor primare existente, de 10.038 Mtep, sursele

regenerabile de energie reprezintă 1.352 Mtep adică 13,5%. Din acestea, energia hidroelectrică

reprezintă 2,2%, energia conţinută în combustibil şi deşeuri biodegradabile (biomasă solidă)

10,8% şi alte resurse 0,5%.15

În anul 2001, un procent de 15,5% din totalul producţiei de energie electrică din

Uniunea Europeană a fost produs din surse regenerabile.63 Resursele regenerabile de energie

reprezintă deja o componentă semnificativă în cadrul economiei de combustibili pe plan

mondial. Ele pot avea o contribuţie tot mai importantă la diversificarea alimentării cu

energie, reducerea emisiilor şi durabilitatea dezvoltării energetice pe termen lung. În

schimb, pe termen scurt şi mediu, regenerabilele moderne vor rămâne o componentă destul

de redusă a alimentării cu energie în ţările industrializate, revenindu-le un rol de completare şi

nu de substituire a energiei pe bază de combustibili fosili şi nucleari. În ţările mai slab

dezvoltate, rolul resurselor regenerabile în acoperirea cererii de energie fiabilă şi accesibilă ca

preţ va fi tot mai important, mai ales în zonele rurale, unde utilizarea lor va fi susţinută prin

subvenţii direcţionate temporare.16

Sursele regenerabile de energie pot să contribuie prioritar la satisfacerea nevoilor

curente de energie electrică şi de încălzire în zonele rurale defavorizate. Valorificarea surselor

regenerabile de energie, în condiţii concurenţiale pe piaţa de energie, devine oportună prin

adoptarea şi punerea în practică a unor politici şi instrumente specifice sau emiterea de

„certificate verzi” („certificate ecologice”). Certificatul verde este un document ce atestă o

cantitate de 1 MWh energie electrică produsă din surse regenerabile de energie. El se poate

tranzacţiona, distinct de cantitatea de energie asociată acestuia, de pe o piaţă bilaterală sau

centralizată.17 În prezent, calitatea esenţială a energiei neconvenţionale de resursă nepoluantă

a readus în atenţie alternativa înlocuirii treptate a energiei produse pe bază de combustibili

fosili. Sursele regenerabile de energie asigură creşterea siguranţei în alimentarea cu energie şi

15 Stănciulescu Georgeta, Popescu Mihaela, Caracasian Lusine, Anton Bogdan – Evaluarea cadrului de reglementare şi acţiuni necesare privind producerea energiei electrice din surse regenerabile de energie, în Mesagerul energetic nr. 30, aprilie 2004, pag. 11.

16 Doucet Gerald – Energia produsă din surse regenerabile. Puncte de vedere CME, în Mesagerul energetic nr. 41, martie 2005, pag. 1.

17 Conform HG nr. 1892/4.11.2004 pentru stabilirea sistemului de promovare a producerii energiei electrice din surse regenerabile de energie, publicată în MO nr. 1056 partea I din 15.11.2004.

24

limitarea importului de resurse energetice, în condiţiile unei dezvoltări economice durabile.

Aceste cerinţe se realizează în context naţional, prin implementarea unor politici de conservare

a energiei, creştere a eficienţei energetice şi valorificare superioară a surselor regenerabile.

Cota energiei regenerabile în consumul global de energie al Uniunii Europene este

strâns legată de tendinţele consumului şi de conservarea energiei. Consumul de energie

regenerabilă a stagnat la cca. 6% din consumul global, în ciuda creşterii anuale considerate în

sector de 3% şi evoluţiei spectaculoase în sectorul energiei vântului în ultimii zece ani. În

termeni absoluţi, cota energiilor regenerabile în consumul de energie va înregistra o creştere la

orizontul anului 2030 (Figura nr.18). Această proporţie (în termeni relativi) în balanţa de

energie va depinde mult de viitorul conectărilor la reţeaua de energie electrică şi de cel al

competiţiei în producţia descentralizată.

Fig. Evoluţia consumului de energie din surse regenerabile în Uniunea Europeană

Uniunea Europeană are drept ţintă creşterea contribuţiei energiilor regenerabile în

consumul global de energie al statelor membre la 12% în 2010, ceea ce va produce efecte

benefice, concretizate în crearea de noi locuri de muncă şi exportul tehnologiilor europene în

18 Sursa: Cartea verde – către o strategie europeană a securităţii alimentării cu energie, Comisia Europeană, noiembrie 2000, pag. 40-41.

25

ţările mai slab dezvoltate. De asemenea, pentru anul 2010 se preconizează producerea energiei

electrice din surse regenerabile într-o proporţie de 22% energie electrică verde (Tabelul nr.).19

Ţara Energie electrică produsă Ţara din surse regenerabile de energie1997 (TWh) 1997 (%) 2010 (%)

Belgia 0,86 1,10 6,00Danemarca 3,21 8,70 29,00Germania 24,91 4,50 12,50

Grecia 3,94 8,60 20,10Spania 37,15 19,90 29,40Franţa 66,00 15,00 21,00Irlanda 0,84 3,60 13,20Italia 46,46 16,00 25,00

Luxemburg 0,14 2,10 5,70Olanda 3,45 3,50 9,00Austria 39,05 70,00 78,10

Portugalia 14,30 38,50 39,00Finlanda 19,03 24,70 31,50Suedia 72,03 49,10 60,00

Marea Britanie 7,04 1,70 10,00Uniunea Europeană 338,41 13,90 22,00

România 17,51 29,00 30,00

Tabelul nr. Valori de referinţă pentru energia electrică produsă din surse regenerabile

În viziunea europeană, pentru încadrarea unei surse de energie în categoria surselor

regenerabile, produsele sau procesele naturale trebuie să îndeplinească două condiţii: să aibă

potenţial energetic şi să poată fi convertite în energie prin tehnologii accesibile în prezent. În

acest sens, sunt definite20 ca regenerabile următoarele categorii de surse de energie: energia

solară, energia eoliană, energia geotermală, energia valurilor, energia mareelor, energia hidro,

biomasa, gazul de deposit (gaz rezultat din fermentarea deşeurilor), energia conţinută în gazul

de fermentare a nămolurilor din instalaţiile de epurare a apelor uzate, biogazul.

Elementele care diferenţiază astfel de surse de cele convenţionale constau în dispersia

pronunţată a potenţialului exploatabil pe arii relativ extinse şi dependenţa nemijlocită de

condiţiile meteorologice şi de anotimp (sezoane), excepţie făcând numai energia geotermală.

19 Conform Directivei 2001/77/EC privind „Promovarea energiei electrice produse din surse regenerabile pe piaţa unică de energie”, adoptată de Parlamentul European în septembrie 2001.

20 Conform Directivei 2001/77/EC privind „Promovarea energiei electrice produse din surse regenerabile pe piaţa unică de energie”, adoptată de Parlamentul European în septembrie 2001.

26

Politica energetică a Uniunii Europene. Directive

Promovarea surselor de energie durabile, competitive şi sigure este un obiectiv cheie al

politicilor Uniunii Europene. Atenţia sporită acordată dificultăţilor determinate de schimbările

climatice a promovat energia pe prima pagină a agendei UE. Din acest motiv, Consiliul

guvernatorilor Băncii Europene de Investiţii a hotărât în 2007 să crească contribuţia BEI la

dezvoltarea energiei nepoluante pentru Europa şi să lanseze o facilitate specială de împrumut

pentru investiţiile în energie în afara Uniunii Europene.

Planul de acţiune adoptat de Consiliul European de la Bruxelles din martie 2007

defineşte politica energetică a Uniunii Europene. Acesta stabileşte, de asemenea, obiective

ambiţioase:

reducerea cu 20% a emisiilor de gaze cu efect de seră până în 2020 comparativ cu

1990;

o pondere de 20% a energiilor regenerabile în configuraţia energetică a Uniunii

Europene;

pondere de 10% a biocombustibililor în cantitatea de benzină şi motorină folosită

pentru transporturi

reducerea cu 20% a consumului energetic comparative cu prognozele de bază pentru

2020.21

La începutul anului 2008, Comisia Europeană a convenit asupra unui pachet

cuprinzător de propuneri „Acţiunea Clima” care vor veni în sprijinul angajamentelor

Consiliului European privind combaterea schimbărilor climatice şi promovarea energiei

21 Carte verde privind instrumentele de piaţă utilizate în scopuri aferente politicii de mediu şi altorpolitici conexe, Sursă: Secretar General al Comisiei Europene semnat de către dl Jordi AYET PUIGARNAU, director, http://www.minind.ro/domenii_sectoare/leg_armonizata/mediu_31_01/Carte_verde_instrumente_de_piata_pt_promovare_mediu-RO.pdf

27

regenerabile. BEI urmărește atent evoluţia politicii energetice. În acest context, împrumuturile

BEI pentru energie şi schimbări climatice vizează cinci domenii prioritare:

energia regenerabilă;

eficienţa energetică;

cercetarea,dezvoltarea şi inovarea în domeniul energetic;

securitatea şi diversificarea aprovizionării interne (inclusive reţele transeuropene de

energie);

şi securitatea aprovizionării cu energie din afara Uniunii Europene, precum şi

dezvoltarea economică în ţările vecine şi ţările partenere.

Întrucât energia este un domeniu presant în ceea ce priveşte investiţiile, banca

acţionează în consecinţă. Pentru 2007, obiectivul a fost acordarea unor împrumuturi în valoare

totală de 4 miliarde EUR pentru proiecte energetice în interiorul şi în afara Uniunii Europene,

din care 900 milioane EUR pentru energia regenerabilă. În realitate, banca a acordat

împrumuturi de 5,4 miliarde EUR în Uniunea Europeană (plus Islanda), 1,5 miliarde EUR

pentru surse de energie regenerabilă şi încă 1,4 miliarde EUR în afara Uniunii, din care 518

milioane EUR pentru energie regenerabilă. S-au acordat împrumuturi în valoare de 500

milioane EUR în baza unei facilităţi speciale în valoare de 3miliarde EUR, creată pentru

finanţarea până în 2013 a investiţiilor energetice în afara mandatelor de dezvoltare actuale în

ţările vecine, ţările ACP, Africa de Sud, Asia şi America Latină.

Împrumuturile acordate pentru sursele de energie regenerabilă au atins sume record.

Prin comparaţie, în ultimii ani valoarea anuală medie a împrumuturilor acordate pentru energie

regenerabilă a fost de aproximativ 450 milioane EUR. BEI a finanţat tehnologii mature

utilizate deja la scară comercială, cum ar fi parcurile eoliene terestre, energia hidroelectrică,

energia geotermală şi biomasa solidă.

BEI a finanţat, de asemenea, tehnologii de ultimă oră, aflate într-o fază incipientă de

aplicare, precum conversia fotovoltaică, tehnologiile de producere a energiei termice solare și

a biocombustibililor din generaţia a doua. Investiţiile în noile tehnologii de energie

regenerabilă au un scop dublu: producerea de electricitate şi contribuirea la reducerea costului

tehnologiei, în special în baza principiului de învăţare din mers.

Eficienţa energetică a reprezentat împrumuturi în valoare de 945 milioane EUR în

Uniunea Europeană. Cogenerarea sau producţia simultană de energie termică și electrică,

28

precum și reţelele de termoficare, constituie o prioritate pentru bancă. În Italia, BEI a acordat

Eni împrumuturi în valoare de 200 milioane EUR pentru construirea unei centrale cu ciclu

combinat în afara oraşului Ferrara, facilitând dezafectarea mai multor centrale electrice pe

bază de păcură, învechite, ineficiente şi mai poluante. În Germania, BEI a finanţat o instalaţie

de incinerare a deşeurilor cu producere de căldură la Suhl, in Turingia.

Resurse energetice neconvenţionale

BIOMASA – SURSĂ DE ENERGIE

REGENERABILĂ

Reacţiile de descompunere pe cale aerobă a deşeurilor au loc indiferent că sunt dirijate,

controlate şi valorificate, sau nu, dar în acest din urmă caz toţi aceşti compuşi se degajă liber,

în atmosferă. Cunoscându-se cantităţile impresionante de deşeuri care există în prezent şi că în

medie rezultă 500 m3 N de metan la o tonă de deşeuri organice fermentate, putem intui ce

cantitate enormă de gaz este eliminată în atmosferă. Acest gaz, care stagnează în deşeuri,

captat şi utilizat, poate deveni o sursă spectaculoasă de energie, fiind considerată aproape

inepuizabilă. Descompunerea biomasei de origine vegetală sau animală se realizează în natură

prin organisme unicelulare (microorganisme), fără a fi necesar niciun aport energetic. Este

vorba despre grupele principale descompunătoare, respectiv ciupercile şi bacteriile. Prin faptul

că sunt mici (bacterii ≈1/1000 mm) raportul suprafaţă/volum este foarte mare şi, deoarece

transformarea materialelor de către microorganisme este proporţională cu suprafaţa specifică

(şi nu cu masa), rezultă un randament de descompunere foarte mare pe care-l realizează aceste

organisme. Un alt element de performanţă a microorganismelor este faptul că pot descompune

diferite substanţe şi sunt adaptabile în scurt timp la condiţii de mediu schimbătoare. Deoarece

bacteriile nu sunt supuse proceselor de metabolism fixe, ci dispun de o mare adaptabilitate, au

capacitatea să descompună toate substanţele organice naturale şi o mare parte din compuşii

organici artificiali. Biomasa este considerată o sursă majoră de energie regenerabilă, cu o cotă

29

de aproximativ 63 % în consumul total de energie regenerabilă al UE. Contribuţia biomasei a

crescut cu un ritm mediu de până la 3,3 % pe an în perioada anilor 1990–1999, atât pentru

producerea de energie (în special în ţările nordice) cât şi pentru utilizarea directă în scopuri

casnice. Evoluţia tehnologiilor pe bază de biomasă (care sunt tot mai competitive şi viabile

economic) va constitui importante repere strategice în contextul liberalizării pieţei de energie.

Substanţele care pot fi descompuse de microorganisme sunt specifice majorităţii tipurilor de

deşeu din localităţi, respectiv:

• deşeuri din producţia de alimente şi din pregătirea mâncărurilor;

• deşeuri vegetale din grădini, parcuri etc.;

• deşeuri din hârtie, carton, textile din fibre naturale, celuloză;

• fecale, excremente;

• deşeuri din lemn;

• deşeuri de la abatoare.22

Din compoziţia generală a reziduurilor din diferite ţări şi oraşe de pe glob, materiile

organice constituie următoarele procentaje (medie): SUA, 22,5; Canada, 10,0; Marea Britanie,

10–15; Suedia, 12; Elveţia, 15–25; Norvegia, 30–40; Israel, 71,3; Finlanda, 10; Polonia, 35–

45; Paris, 24; Berlin, 22; Madrid, 45; Haga, 14; Bruxelles, 23; Praga, 22–35.

Cantităţile de biogaz (valori informative) obţinute din materii organice aflate la

îndemână sunt prezentate în tabelul 2 .

Tabel nr. 2. Cantităţile de biogaz obţinute din materii organice

Nr. crt. Denumirea materiei

Organice

Cantitate, kg Biogaz –medie, m3

1 Frunziş uscat 50 22

2 Deşeuri vegetale (verzi) 50 35

3 Coceni de porumb 50 40

4 Dejecţii de porcine 60 30

Total 210 127

Sursa:

22 Bejan, Mircea, Rusu, Tiberiu, Buletinul AGIR nr. 1, ianuarie-martie, 2007, p.16

30

Se poate obţine o producţie medie de 0,5 m3/kg de materie uscată, care rezultă în

funcţie de calitatea materiei organice folosite, de felul amestecurilor executate, etc. astfel, în

m3/kg: frunziş uscat, 0,45; deşeuri vegetale (verzi), 0,45–0,94; coceni de porumb, 0,81;

dejecţii de porcine, 0,39–0,54; dejecţii păsări, 0,21– 0,31; gunoi divers, 0,24; pleavă de grâu,

0,90; nămol staţii de epurare, 0,39–0,60.

Biogazul

Biogazul este un produs al fermentării anaerobe a produselor organice. Tehnologiile

biologice de producere a gazelor combustibile folosite în prezent în multe ţări de pe glob tind

să dezvolte acţiunea unor microorganisme, cu scopul de a se obţine o biomasă bogată

convertibilă în metan. Biomasa înmagazinează energie solară, prin procesele de fotosinteză ale

plantelor din care provine.

Descompunerea biomasei de origine vegetală sau animală se realizează în natură prin

organisme unicelulare (microorganisme), fără a fi necesar niciun aport energetic. Biogazul

obţinut prin descompunerea pe cale aerobă a deşeurilor conţine 50–90 % gaz metan (CH 4),

10–40 % CO2 şi 0–0,1 % H2S şi are o compoziţie comparabilă cu a gazului metan brut.

Conversia biologică a radiaţiei solare prin intermediul fotosintezei furnizează anual, sub formă

de biomasă, o rezervă de energie evaluată la 3 x 1021 J/an, ceea ce înseamnă de zece ori

cantitatea totală de energie consumată pe plan mondial în fiecare an. Printre altele, lucrarea

concluzionează că folosirea biogazului obţinut, împreună cu arderea resturilor care rămân

după fermentare, rezultate din reziduurile colectate într-o localitate care are 1 milion de

locuitori, ar reprezenta aproximativ 50 % din necesarul consumului anual de gaz metan.

Fig. Fluxul tehnologic al unei staţii de biogaz

1 – Staţie de pompare; 2 – Decantor gravitaţional; 3 – Ingroşător de nămol;

4 – Staţie de distribuţie a nămolului; 5 – Reactor de fermentare anaerobă;

31

6 – Ape uzate; 7 – Biogaz; 8 – Nămol fermentat.

CONSIDERAŢII GENERALE

Biogazul este un produs al fermentării anaerobe a produselor organice. El se produce

pe cale naturală pe fundul bălţilor şi lacurilor, ieşind la suprafaţă sub formă de băşicuţe. Este

cunoscut de multă vreme sub denumirea de gaz de baltă sau gaz de gunoaie (se produce şi în

timpul fermentării gunoaielor). Constituie o metodă aplicată cu succes în câteva ţări cu

populaţii mari din Asia (se apreciază că în China sunt peste 10 milioane de astfel de instalaţii,

în regiunile rurale aceste instalaţii asigurând peste 80 % din producţia de energie necesară.

Procedeul denumit „Globar Gas Schema” este folosit în India de peste 75 de ani, fiind peste 80

mii de instalaţii în funcţiune). În urma cercetărilor făcute între anii 1942 şi sfârşitul celui de al

Doilea Război Mondial de chimistul Ducelier şi inginerul agronom Marcel Isman, metoda şi-a

făcut apariţia şi în Europa, mii de ferme fiind echipate cu astfel de instalaţii. După cel de-al

Doilea Război Mondial, vestgermanii au iniţiat o acţiune pe scară largă, construind uzine

biologice în care, prin prelucrarea reziduurilor menajere şi a subproduselor agricole, obţineau

biogaz şi bioîngrăşăminte.Tehnologiile biologice de producere a gazelor combustibile folosite

în prezent în multe ţări de pe glob tind să dezvolte acţiunea unor microorganisme cu scopul de

a se obţine o biomasă bogată convertibilă în metan.23

Condiţiile biologice şi biochimice în procesele anaerobe

Mecanismul de reacţie

La fermentaţie (un proces anaerob care se produce în absenţa oxigenului din aer) se

descompune substanţa organică într-un recipient închis (reactor). Ca produse de descompunere

se obţin gazul metan (CH4) şi dioxidul de carbon (CO2).

În condiţii anaerobe, substanţa organică este descompusă după următoarea ecuaţie

chimică:

23 Bejan, Mircea, Rusu, Tiberiu, Buletinul AGIR nr. 1, ianuarie-martie, 2007, p.13

32

CnHaOb + (n×a/4 – b/2)H2O → (n/2 – a/8 + b/4) + (n/2 + a/8 – b/4)CH4

Fig. Instalaţie de biogaz de mică capacitate24

1 – podea de lemn; 2 – agitator; 3 – perete exterior; 4 – conductă de evacuare gaz;

5 – lest de balast pe podea de lemn; 6 – clopot de tablă (gazometru);

7 – burlan de evacuare; 8 – bucşă de bronz; 9 – canal de evacuare;

10 – perete interior al camerei de alimentare; 11 – perete interior al camerei de evacuare

Din punct de vedere biochimic, microorganismele regenerează purtătorii de energie în

cadrul metabolismului lor, prin oxidarea carbonului legat organic (CnHaOb) până la CO2. O

parte a carbonului legat organic trebuie să accepte electroni eliberaţi în procesul de oxidare,

24 Păunescu, Ioan, Paraschiv, Gigel, Albu, Bogdan, Managementul mediului şi obţinerea biogazului în fermele suinicole, Organizaţia GeoEcologică Accent, p.23

33

deoarece O2 ca acceptor de electroni nu este disponibil. Carbonul redus se combină apoi cu

hidrogenul (CH4), formânduse gazul metan.

În general, descompunerea anaerobă a substanţei organice trebuie considerată ca fiind

un proces metabolic complicat. În etapele succesive de descompunere, grupuri de organisme

specializate sunt active – dacă dispun de un echipament enzimatic suficient. Aceste organisme

necesită condiţii de mediu constante şi o mare stabilitate de proces, care trebuie realizate

printr-un efort tehnologic corespunzător, dacă se doreşte obţinerea unei cantităţi mari de gaz.

În procesul anaerob, cantitatea de energie a microorganismelor pe unitatea cantitativă

este relativ redusă. Motivul este că se obţine ca produs metabolic un gaz cu un conţinut ridicat

de energie, cum este CH4. Pentru acoperirea necesarului lor de energie, organismele trebuie să

aibă o rată mare de descompunere. Această performanţă (de descompunere crescută) este

caracteristică pentru procesul de fermentaţie.

34

Fig. Schema tehnologică a unui sistem de fermentare cu alimentare continuă25

Reacţia de descompunere pe cale anaerobă a deşeurilor urbane:

Materie organică + H2O = celule noi + CO2 + CH4 + NH3 + H2S = METAN,

conduce la producerea metanului, a deşeurilor de noroi, a dioxidului de carbon şi a unor

cantităţi mici de ammoniac şi sulfat de hidrogen.

25 Păunescu, Ioan, Paraschiv, Gigel, Albu, Bogdan, Managementul mediului şi obţinerea biogazului în fermele suinicole, Organizaţia GeoEcologică Accent, p.18

35

Fig. Schema unui fermentator cilindric26

1-Fermentator; 2-Conductă de alimentare; 3-Groapă pentru efluent;

4-Tub de gaz; 5-Evacuare efluent

26 Păunescu, Ioan, Paraschiv, Gigel, Albu, Bogdan, Managementul mediului şi obţinerea biogazului în fermele suinicole, Organizaţia GeoEcologică Accent, p.17

36

În funcţie de compoziţia reziduurilor, prin amestecarea lor cu mâluri de la bazinele de

decantare pentru epurarea apelor menajere, se pot obţine 400–600 m3N de biogaz la 1 t de

acest amestec, cu o putere calorifică de 2500–4500 kcal/ m3N. Biogazul obţinut prin

descompunerea pe cale aerobă a deşeurilor conţine 50–90 % gaz metan (CH4), 10–40 %

CO2 şi 0–0,1 % H2S şi are o compoziţie comparabilă cu a gazului metan brut.

Folosindu-se această metodă, reziduurile pot fi valorificate în totalitate, practic

devenind o sursă de materii prime a unei ramuri noi de producere a energiei, deoarece după

terminarea fermentării rezultă un produs care în cazul arderii are o putere calorifică de 2500–

3500 kcal/kg, superioară ligniţilor inferiori folosiţi în cea mai mare parte în centralele electrice

din ţară. Acest produs obţinut în instalaţii care sunt uşor de construit/ executat, prin

valorificarea reziduurilor menajere împreună cu cele stradale şi apele uzate provenite din

gospodării, poate fi folosit sub formă de brichete sau sub formă de praf. Este un foarte bun

îngrăşământ pentru agricultură, fiind biodegradabil şi nu poluează solul, apele freatice şi pe

cele de suprafaţă. Deşeurile de noroi produse pot fi uscate pentru a se obţine un pământ cu

calităţi deosebite sau un filtru asemănător unui burete, care are rol de fertilizator şi care

prezintă efecte benefice pentru fertilizarea solului. Aceste filtre pot fi folosite în

preamestecarea deşeurilor urbane organice pentru a crea un „slurry feed stock”

(pastă/nămol/mâl, ce constituie materie primă) şi care va fi supus în continuare procesului de

compostare. Pot de asemenea să fie folosite ca un îngrăşământ lichid.

Compoziţia biogazului

Gazele formate în procesul de fermentaţie, metanul şi dioxidul de carbon, se găsesc

într-un anumit raport cantitativ, influenţat de diferiţi factori. Pe de-o parte, compoziţia

deşeurilor organice influenţează raportul CH4/CO2. La descompunerea anaerobă a hidraţilor de

carbon se formează biogaz cu o compoziţie de CH4/CO2 = 1/1. Acest raport poate avansa până

la CH4/CO2 = 2/1, cu cât este mai mare partea unor proteine şi grăsimi bogate în carbon. O

astfel de compoziţie a deşeurilor duce atât la o producţie mai mică de CO2 cât şi la un consum

de apă pentru a acoperi necesarul de hidrogen (H2) în vederea formării CH4. Componenţa

reziduurilor menajere în România (valori orientative) este prezentată în tabelul 3.

37

Soluţiile influenţează în continuare compoziţia biogazului. CO2 extras din biogaz este

precipitat sub formă de carbonat. Gradul de producere a procesului de precipitare este, de

asemenea, dependent de compoziţia deşeurilor. Conţinutul de sulf şi azot în deşeul fermentat

influenţează cantitatea urmelor de gaze din biogaz, în special conţinutul de amoniac (NH 3) şi

hidrogen sulfurat (N2S). Totuşi, aceste gaze, foarte corozive şi inhibitoare ale fermentaţiei, se

obţin în cantitate foarte mică la fermentaţia deşeurilor biologice „normale”. La utilizarea

biogazului în motoare pe gaz, nu este în mod normal necesară epurarea gazelor.27

Tabelul nr 3:

Nr.crt. Denumirea deşeului % din total

1 Metale 212 Hârtie 17.83 Moloz de la construcţii, veselă spartă 12.54 Resturi alimentare 12.45 Cenuşă 10.06 Deşeuri lemnoase 6.27 Frunziş şi paie 5.08 Materiale plastice 3.59 Textile 3.010 Oase 2.911 Praf 2.012 Piele 2.013 Cărbune 1.214 Diverse 0.5

Procese biologice şi biomecanice de descompunere şi transformare

Cele mai importante procese biologice şi biomecanice de descompunere şi transformare ce

caracterizează procedeele aerob-microbiene de tratare a deşeurilor sunt: descompunerea

celulozei şi chitinei; descompunerea xilanului; descompunerea ligninei; formarea humusului;

formarea metanului; amonificare/nitrificare; nitrificare/denitrificare.

27 Bejan, Mircea, Rusu, Tiberiu, Buletinul AGIR nr. 1, ianuarie-martie, 2007, p.15

38

Fig. Circuitele închise ale carbonului şi ale substanţelor nutritive anorganice la

producerea biogazului 28

● Descompunerea celulozei şi chitinei.

Substanţa vegetală, în procesul de compostare, este formată în proporţie de 40–70 %

din celuloză. Celuloza este o componentă esenţială a pereţilor celulari ai plantelor inferioare

sau superioare şi contribuie decisiv la rezistenta ei şi la permeabilitatea pentru apă. Celuloza

este un polimer format din molecule de glucoză, aşanumitele hexoze.

În condiţii aerobe, celuloza este descompusă de ciuperci şi bacterii specializate, proces

care este relative insensibil la modificările pH-ului şi la temperaturile ridicate din compost. 28 Legendi, Amelitta, Barbu, Viorica, Articol Biogazul- energie prin conversie naturala, Monitorul Arotem, anul 11, nr 1, 2007

39

Chitina este o substanţă formată din molecule de acetilglucosamin-N, care sunt structurate

asemănător celulozei şi reprezintă o componentă esenţială a pereţilor celulari ai ciupercilor.

● Descompunerea xilanului.

Xilanul este de asemenea o componentă principală a substanţei vegetale. Acţionează ca

material de depozitare şi de susţinere a plantelor. Paiele conţin, de exemplu, până la 30 %

xilan, iar lemnul de foioase, 20–25 %. Xilanul este descompus în mediu acid în principal de

ciuperci, iar în mediu bazic (pH > 7), de bacterii. Pe ansamblu, descompunerea xilanului este

un proces care se realizează mai uşor decât descompunerea celulozei şi de către un număr mai

mare de tipuri de microorganisme. Ca hidrat de carbon, xilanul este format din hexoze,

pentoze şi acizi.

● Descompunerea ligninei.

Formarea ligninei, prin efectele ei, este numită şi „lemnificarea” substanţei vegetale.

18–30 % din masa uscată a substanţei vegetale constă în lignină şi reprezintă partea lemnoasă

a unei plante. Lignina constă din molecule de compuşi aromatici, legate tridimensional, la care

unitatea de bază este diferită de la plantă la plantă. De exemplu, la conifere, este alcoolul

coniferil, la foioase – alcoolul sinapinal, iar la ierburi –alcoolul cumar. Prin reacţii enzimatice

şi chimice, din aceşti monomeri se formează lignina polimerică.

Descompunerea efectivă a ligninei se realizează foarte lent şi numai de către tipuri

specializate de ciuperci, în condiţii de mediu extrem de variabile. Optim pentru

descompunerea ligniei, realizată prin procese metabolice oxidative, este intervalul de

temperatură 45...50 °C.

● Formarea humusului.

Odată cu descompunerea ligninei începe formarea substanţelor humice. Motivul este

că în timpul intervenţiei microbiene asupra structurii ligninei sunt stimulate şi reacţii chimice.

Acestea duc la polimerizarea moleculelor rupte la descompunerea ligninei şi la alte produse

metabolice microbiene. Substanţa organică se denaturează, iar din componentele materialului

de fermentaţie se formează humusul. Prin formarea humusului, în timpul descompunerii

ligninei, azotul liber este legat şi îmbogăţeşte materialul nou format.

● Formarea metanului.

40

Bacteriile metanogene există exclusiv în mediu anaerob. La introducerea oxigenului

ele dispar imediat. Formarea metanului este facilitată de o temperatură între 40 şi 60 °C şi o

valoare a pH-ului între 6,5 şi 8,5. La începutul procesului de fermentaţie, este disponibilă o

mare diversitate materială, respectiv substanţe uşor valorificabile, formate din molecule simple

ce se pot descompune uşor. În compostul finit, formarea metanului nu se mai realizează,

deoarece această condiţie nu mai este îndeplinită.

● Amonificarea.

Amonificarea este un proces de bază în descompunerea biomasei, respectiv în

metabolismul microorganismelor. Prin descompunerea proteinelor, sunt puşi la dispoziţie

aminoacizi, care degradaţi (mineralizaţi) sunt în continuare prelucraţi şi devin componente de

bază ale descompunerii biomasei. De asemenea, la începutul procesului de compostare, prin

amonificare se formează proteine, valorificate de microorganisme pentru aprovizionarea cu

azot. Cantitatea de azot mineral (aici NH4-N) din materialul în fermentaţie poate deveni

problematică, deoarece în anumite condiţii, la valori ale pH > 7 amoniacul se poate degaja.

Aceasta reprezintă o poluare a mediului şi are ca urmare o pierdere de azot a îngrăşământului

format din compost.

● Nitrificare/Denitrificare.

În procesul de nitrificare, într-o prima etapă, amoniacul este oxidat la nitrit (NO2), iar,

în a doua etapă, se realizează oxidarea la nitrat (NO3). Bacteriile nitrificatoare (nitrificanţi)

necesită un mediu aerob, performanţa nitrificării fiind influenţată de schimbările temperaturii

şi ale valorilor pH-ului. Formarea nitratului se realizează mai ales în zonele de margine ale

grămezilor de gunoi din spaţiile deschise, nu însă şi la temperaturi mai mari de 40 °C în

instalaţii închise. Concentraţiile mari de azot mineralizat prezente în procesul de compostare

pot conduce la poluări ale apei freatice, prin spălarea nitraţilor de către apele de precipitaţii.

La denitrificare, microorganismele iniţial aerobe, puse în condiţii anaerobe, îşi obţin necesarul

de oxygen din NO2/NO3, folosindu-l ca agent oxidant pentru descompunerea legăturilor

organice, luând naştere, ca urmare a procesului de reducere, protoxidul de azot (N2O) şi azot

elementar (N2). Denitrificarea apare în compost dacă în zona grămezilor cu concentraţii mari

de nitrat se realizează condiţii anaerobe. Procesul este puţin sensibil la mediu, şi se realizează

mai puternic la valori ale pH-ului de ≈ 7 şi la temperaturi de aproape 30 °C.29

29 Bejan, Mircea, Rusu, Tiberiu, Buletinul AGIR nr. 1, ianuarie-martie, 2007, p.16

41

Biogazul obţinut prin descompunerea pe cale aerobă a deşeurilor conţine 50–90 % gaz

metan (CH4), 10–40 % CO2 şi 0–0,1 % H2S şi are o compoziţie comparabilă cu a gazului

metan brut.

PARAMETRII FIZICO-CHIMICI ŞI ENERGETICI AI BIOGAZULUI.

Biogazul poate fi caracterizat prin:

a) Proprietăţi fizice: gaz fără culoare, cu miros specific de ouă clocite (datorită hidrogenului

sulfurat); fără gust

b) Compoziţia aproximativă - metan (60-62%), dioxid de carbon (36-38%), hidrogen sulfurat

(max. 2%), mici cantităţi din alte elemente (hidrogen, azot, oxigen, vapori de apă, particule

solide, etc.)

c) Putere calorifică - 5400 – 7200 Kcal/ m3;

d) Densitate (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 1.21 kg/ m3;

e) Index Wobbe (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 19.5 MJ/ m3

f) Viteza maximă de ardere (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 0.25 m/s;

g) Aer necesar teoretic (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 5.71 m3aer/m3gaz;

h) Concentraţie maximă de CO2 în gazele de ardere (CH4 -60%, CO2-38%, altele -2%) –

17.8%;

Centrala termoelectrică. Caracteristici generale

Producerea energiei electrice şi/sau termice se realizează în instalaţii grupate în spaţiu,

a căror caracteristică principală o constituie centralizarea, astfel încât se poate spune că

producerea energiei (electrice şi/sau termice) are loc în centrale.

42

O centrală termoelectrică este un ansamblu sistemic de echipamente şi instalaţii care

realizează un lanţ (o serie) de transformări energetice, în scopul obţinerii energiei electrice şi

termice. Criteriul principal de clasificare îl constituie felul energiei primare, care stă la baza

lanţului de transformări. În tabelul de jos este prezentată această clasificare, cu indicarea

notaţiilor convenţionale adoptate în ţara noastră pentru aceste centrale.

Tabel nr.4. Clasificarea centralelor termoelectrice după criteriul energiei primare

Denumirea

centralei

Energia

primară

Modul de

transformare

Lanţul

transformarilor

Notaţii

Centrală

termoelectrică

clasică

Energie fosilă:

carbuni, petrol,

gaz,turbă, şisturi

bituminoase ardere

Energie

chimică→

Energie

termică→

Energie

mecanică→

Energie electrică

CTE-centrală

termoelectrică

de condensaţie

CET-centrală

electrică de

termoficare

CTG-centrală cu

turbine cu gaze

CDE-centrală

diesel electrică

Generatoare de abur

Generatorul de abur este un utilaj care transformă apa în abur de presiunea şi

temperatura necesară, cu ajutorul căldurii produse prin arderea combustibililor clasici, sau din

reacţii nucleare. Clasificarea generatoarelor de abur se poate face din mai multe puncte de

vedere, ca de exemplu:

• după scop: încălzire, obţinere de abur tehnologic, energetic sau combinat;

43

• după sursa de căldură: cu combustibil fosil, nuclear, electrice, solare etc.;

• după presiune: de joasă presiune (0,7-6 atm), de medie presiune (6-50 atm), de înaltă

presiune (60-220 atm) şi de presiune supracritică;

• după circulaţia apei: cu circulaţie naturală sau forţată;

• după volumul de apă: cu volum mare sau mic.

Elementele constructive ale unui generator de abur sunt: focarul (în cazul utilizării

combustiblilor fosili), fierbătorul (vaporizatorul sau cazanul), supraîncălzitorul de abur,

economizorul (preîncălzitorul de apă) şi preîncălzitorul de aer.

Focarul. Sub aspect constructiv diferă în funcţie de proprietăţile fizice şi nergetice ale

combustibilului utilizat, cât şi de specificul instalaţiilor complexe în care este integrat. Focarul

este dotat cu grătare pentru combustibilii solizi, cu injectoare pentru combustibilii lichizi şi cu

arzătoare pentru combustibilii gazoşi.

Instalaţiile de ardere a combustibililor sunt prevăzute cu dispozitive de introducere a

aerului (normal sau îmbogăţit în oxigen), la temperatura ambiantă, sau preîncălzit. Suflantele

de aer trebuie astfel dimensionate încât să asigure un exces de oxigen faţă de cel

stoechiometric şi să asigure totodată presiunea necesară pentru tiraj în instalaţie. Când se

utilizează lignit pulverizat, sau şist bituminos se prevăd suplimentar, injectoare de păcură

pentru pornirea şi menţinerea stabilităţii arderii. Acestea sunt plasate în focar la mai multe

nivele. Prin pornirea sau scoaterea din funcţiune a acestor injectoare se reglează şi temperatura

de supraîncălzire a aburului.

Vaporizatorul (fierbătorul sau cazanul) este agregatul în care se produce vaporizarea

apei, datorită schimbului de căldură dintre gazele fierbinţi şi apa supusă încălzirii. Schimbul

de căldură se realizează în condiţii optime, cu cât conductivitatea termică a pereţilor este mai

ridicată, ceea ce se realizează utilizând apă dedurizată, sau demineralizată. Sub aspect

constructiv, generatoarele de abur se diferenţiază în:

• generatoare cu cazane ignitubulare, la care prin ţevi circulă gazele de ardere, ţevile având

o dispoziţie longitudinală şi sunt imersate în apa care se vaporizează (cazanul de tip

Cornwall). Aceste cazane au un domeniu limitat de utilizare, deoarece funcţionează cu

cantităţi mari de apă în raport cu suprafaţa încălzită, se încălzesc greu (au inerţie mare) şi

lucrează la o presiune relativ joasă, de maxim 8 atm;

44

• generatoare cu cazane acvatubulare, alcătuite dintr-un sistem fascicular de ţevi

fierbătoare, aşezate vertical, prin care circulă apa care preia căldura de la gazele de ardere,

care circulă în exterior. Gazele fierbinţi rezultate în focar în urma arderii combustibilului

cedează cea mai mare parte din căldura lor în zona ţevilor fierbătoare şi a supraîncălzitorului.

Pe măsură ce se formează, vaporii de apă se acumulează în colectoare cilindrice (domuri), de

unde sunt trimişi în supraîncălzitor.

Generatoarele acvatubulare au cea mai largă răspândire, atât în industria energetică, cât

şi în alte industrii unde se utilizează aburi, deoarece lucrează cu randament superior celor

ignitubulare. Prezintă suprafaţă mai mare de încălzire şi deci capacitate mai mare de a produce

vapori. Lucrează la presiuni mai mari, de 25-40 atm, ajungând şi la 100 atm, presiune care se

atinge în timp relativ scurt. Prezintă siguranţă în exploatare şi livrează vapori supraîncălziţi.

Dezavantajul constă în înlocuirea periodică a unor părţi din ţevile fierbătoare, datorită

depunerilor de săruri pe pereţii interiori.

Supraîncălzitorul este constituit dintr-un sistem de serpentine legate în paralel la unul

sau mai mulţi colectori de intrare şi ieşire a aburului. Se plasează în partea superioară a

focarului, în zona de temperatură de 800-900°C. Prin supraîncălzirea aburului se obţine

creşterea presiunii acestuia, necesară pentru acţionarea turbinelor. De exemplu: la 100°C

presiunea este de 1 atm, la 500°C - 140 atm, 600°C – 240 atm, 650°C – 340 atm.

Pentru realizarea unei economii de căldură, reducerea consumului specific de

combustibil şi exploatarea cât mai raţională şi economică a instalaţiei, generatoarele sunt

izolate la exterior cu materiale termoizolante. În acelaşi scop, sunt prevăzute cu dispozitive

schimbătoare de căldură, care recuperează căldura gazelor înainte de a fi evacuate prin coş,

denumite preîncălzitoare pentru apă (economizoare) şi pentru aer.

În fig. de mai jos se prezintă schema unui generator de abur cu circulaţie naturală,

prevăzut cu cazan acvatubular. Apa epurată din rezervorul 6 se introduce în preîncălzitorul 7,

şi de aici în sistemul fierbător (căldarea de abur), format din ţevile fierbătoare 4 şi tamburii

colectori 9. Se obţine abur la presiune scăzută, care trece apoi prin supraîncălzitorul 5, pentru

creşterea presiunii odată cu creşterea temperaturii şi este trimis la consumator, care în cazul

centralei electrice este turbina.

În afară de acest circuit apă-abur, în generator există şi al doilea circuit, aer-

combustibil-gaze arse. Astfel aerul preîncălzit în schimbătorul de căldură 1 asigură arderea

45

combustibilului în focarul 2, iar gazele arse produse, care au o temperatură ridicată, străbat

sistemul de ţevi fierbătoare prin exterior, apoi cele două preîncălzitoare (7 şi l) şi sunt evacuate

la coş (8). Generatorul de abur se găseşte într-o incintă izolată termic.

Fig.Schema de principiu a generatorului de abur.

Bilanţul termic stabileşte eficienţa funcţionării generatorului pe baza calculului

căldurii produse în focar şi a căldurii conţinute în aburul produs. Diferenţele ce apar între cele

două mărimi reprezintă pierderile de căldură. La întocmirea unui bilanţ termic riguros trebuie

să se ţină seama şi de cantitatea de căldură intrată cu aerul, apa şi combustibilul şi cea pierduta

cu gazele arse, cenuşa etc. În cazul unui generator ce utilizează combustibil gazos, bilanţul

termic total poate fi scris sub forma:

∑Qi=∑ Qe+∑ Q p

unde: ∑Qi - reprezintă căldura intrată

∑Q ereprezintă căldura ieşită

∑Q p reprezintă căldura pierdută

∑Qi se compune din :

46

a) Qf - căldura produsă prin arderea combustibilului în focar ;

Qf =mc · Pc

unde: mc - masa combustibilului

Pc - putera calorifică a combustibilului

b) Qc - căldura combustibilului

Qc=mc ·cc ·t c

unde: cc - reprezintă căldura specifică,

t c- reprezintă temperatura combustibilului

c) Qapă - căldura apei:

Qapă=mapă · capă · t apă

d) Qaer - căldura aerului

Qaer=maer · caer ·t aer

∑Q e se compune din:

a) Qu - căldura utilă, existentă în cu aburul produs

Qu=mabur · H abur

unde : H - entalpia aburului (conţinut caloric)

b) Q ga - căldura pierdută în gazele arse, evacuate la coş

Q ga=mga

· cga·t g a

47

unde : mga - reprezintă masa gazelor arse

Se poate scrie ecuaţia bilanţului:

Qf +Qc+Qapă+Q aer=Qu+Q ga+Qaer

În cazul combustibililor solizi apare şi căldura pierdută prin evacuarea cenuşii. Randamentul

transformărilor termice într-un cazan de abur este dat de relaţia:

η=Qu

Q f

·100 [% ]

Depinde de tipul cazanului, în general având valori cuprinse între 70 şi 90%.

Randamente mai mici au cazanele în care se ard combustibili inferiori solizi, iar randamente

mai mari au cazanele în care se ard combustibili lichizi şi gazoşi, sau praf de cărbune. O

premieră industrială în acest domeniu a fost realizată de firma franceză Pechiney, care a făcut

posibilă arderea în strat fluidizat a praful de cărbune , cu randament de combustie de 99%,

randament termic global de 93,3%, obţinând o producţie de 145 t/abur de 112-145 bari şi

445°C. Concentraţia emisiilor poluante este de asemenea sub normele prevăzute în standardele

internaţionale.

Generatorul de abur cu circulaţie forţată (Benson)

În generatoarele cu circulaţie forţată lipseşte tamburul de apă, ţevile fierbătoare fiind

sudate câte două pe ambele părţi ale unei platbande din oţel, formând pereţi membrană.

Agregatul devine mai suplu, mai uşor, pericolul de explozie e diminuat, dar necesită apă total

demineralizată, pentru a nu se depune săruri pe pereţii membranei, cât şi o reglare elastică şi

exactă a temperaturii (fig. ). Apa trece prin economizorul 3, coboară în vaporizatorul 8, urcă în

48

vaporizatorul rezidual 5, unde aburul se şi supraîncălzeşte puţin. Aburul parcurge apoi

supraîncălzitorul principal 6, după care este livrat la consumator.

Fig. .Schema unui generator Benson. Fig. .Perete membrana

1-pompă; 2-dispozitiv de laminare; 3-economizor; 1-ţevi; 2-izolaţie termică;

4-suprafaţă de incălzire suplimentară; 5-vaporizator 3-tablă; 4-ancore

rezidual; 6-supraincălzitor; 7-arzător; 8-vaporizator;

9-aparat pentru măsurarea diferenţei de temperatură.

Generatorul este în formă de turn, cu coşul de gaze amplasat deasupra. Este executat

din pereţi membrană, izolaţi termic de învelişul metalic exterior. Combustibilul utilizat este

praful de lignit sau un amestec de lignit cu şist bituminos. Aceste generatoare se impun din ce

în ce mai mult în special la debite unitare mari şi parametrii ridicaţi ai aburului. (de exemplu,

20-1745 t abur/h, presiune abur de 40-340 atm, temperatura de supraîncălzire de până la

650°C).

Randamentul termic este mai mare la generatoarele cu circulaţie forţată, unde poate

atinge valoarea de 95%. La alegerea variantei de generator de abur se are în vedere şi

consumul de combustibil, care depinde de producţia de abur, randamentul termic şi modul de

exploatare.

Prin utilizarea sistemelor de preîncălzire se obţin următoarele avantaje:

• reducerea consumului specific de combustibil;

49

• intrarea mai rapidă în regimul de lucru;

• evitarea contracţiilor şi a dilatării ţevilor fierbătoare, deci mărirea duratei de funcţionare, prin

preîncălzirea apei;

• creşterea randamentului termic.

Schimbătoare de căldură

Pentru realizarea transferului de căldură de la un fluid cu nivel termic ridicat (aer

cald,gaze de combustie, abur, apă caldă, uleiuri minerale calde etc.) la un fluid cu nivel termic

scăzut (apă rece, aer rece, amestecuri refrigerente etc.) se utilizează utilaje numite

schimbătoare de căldură. În funcţie de operaţia pe care o efectuează, schimbătoarele de

căldură se numesc: răcitoare, condensatoare, preîncălzitoare, evaporatoare, boilere, fierbătoare

etc. În cazul în care servesc la recuperarea căldurii reziduale, sau la menţinerea temperaturii

optime într-un utilaj se numesc recuperatoare respectiv regeneratoare de căldură.

Eficacitatea transferului termic depinde de suprafaţa de transfer (mărime, natura

materialului), natura fluidelor, diferenţa de temperatură Δt şi direcţia de deplasare a celor două

fluide (în echicurent, în contracurent, în curent încrucişat, sau mixt).

Fluxul termic Q este dat de relaţia:

Q=K · A· Δt

unde: K = coeficientul total de transfer termic, [J

m2 · grad·h ]

A = suprafaţa de transfer termic,[m2];

Δt = diferenţa medie de temperatură:

Δt=Δ t '−Δt ' '

lnΔt 'Δt ' '

Δt ' şi Δt ' ' au semnificaţiile prezentate în figura

Cele mai utilizate schimbătoare de căldură sunt schimbătoarele de căldură tubulare (fig.7.6.),

cu circulaţie în contracurent, în care se realizează un transfer termic eficient. Acest tip de utilaj

poate fi utilizat şi în calitate de reactor catalitic, în care caz în spaţiul tubular se aşează

catalizatorul.

50

Fig.nr .Circulaţia fluidelor şi variaţia temperaturii în lungul unui schimbător de căldură.

Cele mai utilizate schimbătoare de căldură sunt schimbătoarele de căldură tubulare

(fig.), cu circulaţie în contracurent, în care se realizează un transfer termic eficient. Acest tip

de utilaj poate fi utilizat şi în calitate de reactor catalitic, în care caz în spaţiul tubular se

aşează catalizatorul.

Fig. . Schimbător de căldură

tubular (în contracurent).

1-manta; 2-placă tubulară; 3-ţevi şi spaţiu

tubular; 4-capace; 5-flanşă de prindere a

capacului.

Montarea ţevilor în plăcile tubulare:

a) după hexagoane regulate;

51

b) după cercuri concentrice

Pentru schimbul termic realizat sub 500°C se utilizează schimbătoare de căldură din

oţel carbon, până la 900°C, din oţeluri aliate, iar în cazul purtătorilor de căldură cu temperaturi

suprinse între 900°C şi 1400°C se construiesc recuperatoare de căldură din materiale refractare

(şamotă etc.).

Centrale termoelectrice cu turbine cu abur

În funcţie de modul în care se valorifică energia potenţială a aburului ce intră în turbine

se disting următoarele tipuri de termocentrale: cu condensaţie, cu termoficare (contrapresiune),

cu prize de abur. Lanţul transformărilor energetice este următorul:

Echimică → Etermică → Eabur → Emecanică → Eelectrică

Primele două transformări energetice au loc în generatorul de abur, următoarea transformare

are loc în turbină şi ultima în generatorul electric.

Turbina cu abur

Este un dispozitiv care transformă energia acumulată în aburul produs de cazan la

presiuni ridicate, în energie mecanică prin intermediul unor palete aflate în mişcarea de rotaţie.

Prin urmare, energia potenţială a aburului este transformată în energie cinetică. În centralele

termoelectrice cu condensaţie se utilizează turbine multietajate (în trepte) la care presiunea

finală de ieşire a aburului din utilaj este apropiată de cea atmosferică. În acest fel se consumă

cea mai mare parte a energiei conţinute în abur, randamentele acestor turbine fiind ridicate. În

centralele cu contrapresiune, aburul este evacuat la presiuni superioare celei atmosferice în

vederea utilizării lui în alte scopuri, de ex. ca abur tehnologic, abur pentru termoficare etc.

Randamentele propriu-zise ale acestor turbine sunt mai scăzute, însă dacă se ia în

considerare utilizarea căldurii aburului secundar, acest tip de instalaţii sunt mai eficiente.

52

Mărimile caracteristice turbinelor sunt: puterea, turaţia, debitul de abur, (t/h), presiunea şi

temperatura aburului la intrare şi ieşire. Din punct de vedere economic, prezintă importanţă

puterea efectivă, Pe, la arborele turbinei care se poate determina prin raportul:

Pe = Pn .ηg

unde: Pn - puterea nominală a generatorului de curent electric aşezat coaxial cu turbina

ηg - randamentul generatorului.

Generatorul de curent electric

Este o maşină electrică care transformă energia mecanică primită de la turbină în

energie electrică. Mărimile caracteristice generatorului sunt: turaţia, puterea şi tensiunea la

borne. Puterea generatorului trifazat utilizat cel mai frecvent în industria electromecanică, este

dată de relaţia:

P=√3 · U·I·cosΦ

unde: U - tensiunea electrică dintre faze, în volţi

I - curentul de linie, în amperi

ϕ - unghiul de defazaj dintre tensiunea şi intensitatea curentului.

Tendinţa actuală este de a construi generatoare de puteri din ce în ce mai mari,

deoarece indicii economici cresc direct proporţional cu puterea generatorului. Se construiesc

turbogeneratoare până la 1300 MW la tensiuni ce variază între 400V şi 24 kV.

Randamentul generatorului este definit prin raportul dintre puterea utilă furnizată la

borne, P2, şi puterea primită de la turbină P1. Valoarea randamentului depinde de mai mulţi

factori şi creşte odată cu puterea. Astfel, pentru turbogeneratoare răcite cu aer, în plină sarcină

şi la cos ϕ= 0,8, randamentul este de 92 - 95%, la puteri de 0,5 - 3MW şi 95 - 98% la puteri de

3,5 - 100 MW. Randamentul generatoarelor moderne de mare putere, răcite cu hidrogen,

atinge 99%.

Centrale termoelectrice cu condensaţie

53

În centralele termoelectrice cu condensaţie (fig. ), energia potenţială a aburului cu t =

560°C şi p = 140-240 atm este transformată în lucru mecanic de către o turbină, în care aburul

se destinde total până la presiunea de 1-1,2 atm (abur mort), după care este evacuate într-un

condensator. Condensul se recirculă în generatorul de abur, după ce pierderile de apă au fost

completate cu apă dedurizată. Energia aburului este utilizată integral pentru obţinerea energiei

electrice. Termocentralele cu condensaţie funcţionează cu un randament de cca. 16-35%.

Fig. . Schema de principiu a

centralei termoelectrice cu condensaţie:

1-cazan de abur; 2-supraîncălzitor;

3-turbină de abur; 4-generator electric;

5-condensator; 6-turn de răcire;

7-pompă; 8-rezervor apă; 9-staţie

dedurizare apă.

Bilanţul energetic se calculează cu relaţia:

Ei=Eu+Ep

în care: Ei - energia introdusă în sistem;

Eu- energia utilă;

Ep - energia pierdută / disipată

În cazul centralelor termoelectrice cu condensaţie se notează cu: Q - cantitatea de

căldură dată de către combustibil; L - lucrul mecanic util executat de aburul introdus în

54

turbină; Qo - cantitatea de căldură pierdută în condensator; q - pierderi diverse de căldură (cu

gazele de ardere, prin radiaţie etc.). Bilanţul energetic devine:

Q=L+(Q0+q)

Randamentul energetic:

η=Eu

E i

·100 [%]

η= LQ

·100=Q−(Q o+q)

Q· 100=(1−

Qo+qQ

)· 100

Randamentul global al termocentralelor cu condensaţie este egal cu raportul dintre

energia produsă la bornele generatorului şi energia combustibilului ars în focarul cazanului şi

este cuprins între 36 şi 42% pentru centrale moderne şi poate fi chiar mai mic pentru centrale

mai vechi:

ηc=3600 ⋅Eg

C ⋅PC

· 100[%]

unde: Eg - reprezintă energia electrică produsă de generator;

C - consumul de combustibil al cazanului, kg /h;

PC - puterea calorifică a combustibilului, kJ/kg;

3600 - factorul de transformare energie electrică / energie termică.

transformarea energiei chimice în energie electrică:

ηCC=ηcazan ·ηgenerator · ηx

unde: ηx - reprezintă produsul altor randamente precum a conductelor de abur, utilizării interne

de abur etc.

Pentru creşterea randamentului se tinde să se mărească în primul rând randamentul

termic al cazanului, care este cel mai scăzut, în jur de 45-50%, prin ridicarea presiunii

aburului, preîncălzirii recuperative, supraîncălzirii intermediare etc.

Avantajul principal al acestui tip de termocentrale îl constituie faptul că pot fi

amplasate în imediata apropiere a sursei de combustibil, eliminându-se astfel cheltuielile de

transport cu combustibilul, de cele mai multe ori cărbune inferior.

Centrale termoelectrice cu contrapresiune, sau cu termoficare

55

În termocentrale cu termoficare (fig.7.8) aburul iese parţial destins din turbina cu

contrapresiune, la o presiune suficient de ridicată (6 atm) pentru a putea fi utilizat în unele

procese tehnologice, sau la încălzirea clădirilor (industriale sau edilitare). În procesul de

termoficare, aburul se condensează, după care este colectat şi recirculat în cazanul de abur.

Randamentul acestor centrale este mai ridicat, ajungând 60-65%.

Bilanţul energetic:

Q=L1+Q1+q

în care: Q1 - căldura utilizată pentru termoficare.

Randamentul energetic:

η=L1+Q1

Q·100=Q−q

Q· 100=(1− q

Q) ·100

Centralele cu termoficare produc atât energie electrică cât şi căldură pentru

alimentarea consumatorilor termici. În funcţie de natura consumului acoperit de centrală se

deosebesc termocentrale industriale, urbane şi mixte, care pot cuprinde şi sere agricole.

Randamentele acestor centrale sunt cuprinse între 60 şi 65% şi depind de anotimp şi modul de

utilizare a aburului secundar.

Randamentul global al acestor centrale este dat de relaţia :

ηC=3600 ⋅Eg+Qt

C ⋅PC

·100 [% ]

unde: Qt - reprezintă energia termică livrată pentru termoficare, celelalte notaţii având aceleaşi

semnificaţii ca în cazul anterior.

Centrale termoelectrice cu prize de abur

În aceste termocentrale (fig.) o parte din abur este utilizat pentru obţinerea energiei

electrice şi iese din turbină ca abur mort (1-1,2 atm), iar altă parte din abur iese din turbină la

56

presiunea de 6 atm, parţial destins şi este utilizat la termoficare. Punctele din care se preia

aburul tehnologic se numesc “puncte de priză”, iar dispozitivele prin intermediul cărora se ia

aburul se numesc prize de abur.

Fig. Schema de principiu a Fig. . Schema de principiu a centralei centralei termoelectrice cu termoelectrice cu prize.termoficare.

Bilanţul energetic:

Q=L2+Q2+(Q'0+q)

Randamentul energetic:

η=L2+Q2

Q·100=(1−

Q0+q

Q)· 100, Q '0<Q0

Instalaţii cu turbine cu gaze

Turbinele cu gaze reprezintă un tip de motor termic mai recent introdus în sectorul

energetic, dar şi în alte domenii industriale în care este necesară producerea de energie

mecanică şi electrică din energia dezvoltată prin combustie, sau în diferite procese tehnologice

ca energie reziduală.

Comparativ cu instalaţiile cu turbine cu abur, instalaţiile cu turbine cu gaze prezintă

următoarele avantaje:

57

• lipsa generatorului de abur şi a instalaţiilor anexe care măresc investiţiile şi costul

suprafeţelor ocupate;

• lipsa instalaţiilor de condensare şi a instalaţiilor anexe;

• debit de apă foarte redus şi posibilitatea utilizării apei de răcire cu temperatură ridicată;

• dimensiuni de gabarit reduse la puteri unitare egale;

• posibilitate de pornire rapidă, chiar la puteri unitare mari (15 minute faţă de 7-8 ore la

termocentralele cu abur);

• posibilitatea realizării unor instalaţii mobile cât şi a unor grupuri compacte cu puteri mici şi

foarte mici în scopuri speciale;

• domeniu de utilizare deosebit de extins.

În prezent, tipurile de turbine cu gaze au ajuns să aibă caracteristici comparabile cu a

celor mai moderne instalaţii cu turbine cu abur, care se găsesc după o îndelungată perioadă de

funcţionare.

Alegerea unui anumit tip de turbină se face în urma unei analize termodinamice, care

urmăreşte să stabilească, prin calcule preliminarii pentru fiecare variantă în parte, valorile

optime ale randamentului, debitului specific de gaze şi consumul de combustibil. Compararea

variantelor din punct de vedere tehnico-economic: cost, greutate, condiţii generale de

exploatare, factor de amortizare, serveşte în primă aproximaţie, la stabilirea investiţiilor şi a

cheltuielilor de exploatare. După alegerea tipului de turbină şi stabilirea parametrilor

termodinamici determinanţi (tipul şi parametrii ciclului de funcţionare, temperatura maximă în

zona paletelor primei trepte, raportul de compresie, factorul de recuperare, pierderi hidraulice

etc.), se dispune de elementele necesare pentru proiectarea diferitelor părţi constructive ale

instalaţiei (turbină, compresor, cameră de ardere, schimbătoare de căldură), precum şi pentru

optimizări.

În fig. se prezintă o instalaţie de producere a energiei electrice cu turbină cu gaze (aer,

heliu). Agentul termic, după trecerea prin compresor (C) şi recuperatorul de căldură (1), se

încălzeşte mai întâi în schimbătorul de căldură (2) şi cu temperatura de 660-700°C şi 27 at

intră în turbină (T). După destindere, căldura reziduală este utilizată în schimbătorul de

căldură recuperator (1), agentul termic se răceşte apoi la 140°C şi se recirculă în sistem.

Compresorul şi generatorul sunt alimentate de către turbină, când aceasta intră în regim.

Puterea unitară a instalaţiei este de 200 MW.

58

Fig. . Schema centralei electrice cu turbină de gaze, cu circuit închis.

1 –schimbător de căldură; 2-preîncălzitor

pentru gaze; 3-răcitor cu gaz de reciclu; CA –

cameră de ardere; T - turbină de gaze; M -

motor; C-compresor.

În stadiul actual, randamentele instalaţiilor cu turbine cu gaze cu putere unitară de

10-20 MW şi care funcţionează la temperaturi maxime de 650-700°C au ajuns să egaleze şi

chiar să depăşească randamentele instalaţiilor cu turbine cu aburi cu puteri de 100 MW.

În instalaţiile cu turbine cu gaze se poate utiliza orice fel de combustibil şi chiar gaze

cu putere calorică redusă (gaze produse prin gazeificare subterană a cărbunilor, gaz de furnal,

gaze de generator etc.), care prezintă dificultăţi la utilizare în focarele cazanelor generatoare de

abur. Consumul de apă în acest tip de instalaţii este de numai 25-35% din consumul

instalaţiilor cu turbine cu abur, în afară de faptul că în cazul turbinelor cu abur apa trebuie să

fie tratată în vederea îndepărtării durităţii. Din această cauză, instalaţiile cu turbine de gaze

sunt indicate în locuri lipsite de apă, sau ca instalaţii de vârf şi de avarie.

În general, la puteri de peste 100 MW turbinele cu abur sunt de preferat; la puteri de 50 MW

turbinele cu gaze pot da rezultate bune, la puteri sub 25 MW randamentul instalaţiilor cu

turbine cu gaze depăşeşte net pe cel al instalaţiilor cu turbine cu abur.

59

Noxe produse în procesul de ardere alBiogazului

Procesul de ardere a combustibilului se desfăşoară organizat, în focarul

generatorului de abur, camera de ardere a turbinei cu gaze, cilindrul motorului cu ardere

internă.

Arderea combustibilului este, în esenţă, un proces de oxidare, a cărui complexitate

nu poate fi descrisă prin ecuaţii simple. Calculul cantităţilor de aer necesare arderii si al

produselor de ardere se face cu relaţii de bilanţ material, pe baza ecuaţiilor chimice

stoichiometrice globale.

Compoziţia chimică pentru un combustibil gazos se poate prezenta sub forma:

XCH 4+XC 02

+X N2+ XO2

+XC 0❑+X H 2

+ XH 2 S+ XC2 H 2+XC2 H 4

+… XC2 H 6+ XC3 H 6

+ XC3 H 8+XC4 H 8

+ XC4 H 10+XC5 H12

+XC6 H 6+ XC6 H 14

=100

,

unde Xi [%] este conţinutul procentual respectiv: XCH 4 - de metan; XC 02

- de bioxid de

carbon; XO 2 - de oxigen molecular; X N2

- de azot molecular; XC 0❑ - de oxid de carbon; X H 2

- de hidrogen molecular; X H 2 S - de hidrogen sulfurat; XC2 H 2 - de acetilena; XC2 H 4

– de

etilen; XC2 H 6 - de etan; XC3 H 6

- de propilen; XC3 H 8 - de propan; XC 4 H 8

- de butilen; XC 4 H 10 -

de butan; XC5 H 12 - de pentan; XC6 H 6

- de benzen; XC6 H 14– de hexan.

Calculul volumelor de gaze de ardere

Biogazul ales are următoarea compoziţie:

xCH4❑=60.5%; xC 02

❑= 36.5%; xH 2 S❑=1.5%; xH 2❑=0.5;xN 2

❑=0.5; xO2❑=0.5;

Puterea calorifică inferioară, Hi , a biogazului, având compoziţia chimică

prezentată mai sus, se poate calcula cu relaţia:

60

H i=[ KJ

mN❑3 ]= 1

100·[ XC 02

· H i❑C 02+X H 2

· H i❑H 2+X H 2 S · H i❑

H 2 S +XCH 4· H i❑

CH4 + XC2 H 2· H i❑

C2 H 2 +XC2 H 4· H i❑

C2 H 4 +XC2 H 6· H i❑

C2 H 6 +XC3 H6· H i❑

C3 H 6+ XC3 H 8· H i❑

C3 H 8+ XC4 H8· H i❑

C4 H 8 +XC4 H 10· H i❑

C4 H 10 +XC5 H12·H i❑

C5 H 12+XC6 H 6· H i❑

C6 H6 +XC6 H 14· H i❑

C6 H 14 ]

H i=1

100·¿

H i=1

100·¿

H i=1

100·2671060=26710.6[ KJ

mN❑3 ]

H i=26710.6 ·0.23885=6379.82[ Kcal

mN❑3 ]

Unde H ij [

KJ

mN❑3 ] este puterea calorifică inferioară a componentei j ( j fiind respectiv C 02,

H 2, H 2 S, CH 4, C2 H 2, C2 H 4, C2 H 6, C3 H 6, C3 H 8, C4 H 8, C4 H 10, C5 H 12,C6 H 6, C6 H 14).

Valorile uzuale ale puterii calorifice inferioare, în [ KJ

mN❑3 ] , sunt respectiv:

H i❑C 02= 12620; H i❑

H 2= 23354; H i❑H 2 S= 23354; H i❑

CH4=35764; H i❑C2 H 2= 56870;

H i❑C2 H 4=58990; H i❑

C2 H 6= 63670; H i❑C3 H6 = 85890; H i❑

C3 H8=91138 ;

H i❑C4 H 8=113370 ; H i❑

C4 H 10=118500 ; H i❑C5 H12=145900 ; H i❑

C6 H6=140200 ; H i❑C6 H 14=173190.

Se precizează că puterea calorifică inferioară a combustibilului convenţional, la care se

pot raporta toţi combustibilii, este de cca. 29307 kJ/kg (7000 kcal/kg).

Volumul teoretic de aer uscat necesar arderii , V a❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]= 1

21·¿

unde, în plus, XO 2 este conţinutul procentual deO2 .

V a❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]= 1

21·¿

V a❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]= 1

21·[0.5 ·36.5+0.5·0.5+1.5 ·1.5+2 ·60.5 – 0.5]

61

V a❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]= 1

21·141.25=6.726 [mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul teoretic de aer umed necesar arderii,V a , um❑0 , este:

V a , um❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]=(1+ 28.9645

18015.34· Xaer❑)·V a❑

0,

unde, Xaer [g/kg] este conţinutul de umiditate al aerului.

V a , um❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]=(1+ 28.9645

18015.34· 10)· 6.726

V a , um❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]=6.834 [ mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul teoretic de bioxid de carbon, CO2, rezultat din ardere,V C 02❑

0,este:

V C 02❑

0 [mN❑3

mN❑3 ]= 1

100·[ XC 02

❑+ XCO❑+XC H 4❑+2· ( XC2 H 2

❑+ XC2 H 4❑+XC2 H 6

❑)+3· ( XC3 H 6❑+XC3 H8 )+4 · ( XC4 H 8

❑+XC4 H 10 )+5 · XC5 H 12❑+6· (XC6 H6

❑+XC6 H 14❑)]

V C 02❑

0 [mN❑3

mN❑3 ]= 1

100· [ XC 02

❑+ XC H 4❑ ]= 1

100· (36.5+60.5 )=0.97 [mN ❑

3

mN ❑3 ]

Volumul teoretic de bioxid de sulf, SO2, rezultat din ardere,V S O2❑

0, este:

V S 02❑

0 [ mN❑3

mN❑3 ]= 1

100·

XH 2 S

2,

V S 02❑

0 [ mN❑3

mN❑3 ]= 1

100·1.52

=0.0075[ mN❑3

mN❑3 ]

Volumul teoretic de azot, N2, introdus şi rezultat din ardere,V N2❑

0, este:

62

V N2❑

0 [mN ❑3

mN ❑3 ]= XN 2

❑

100+0.79 ·V a❑

0 ,

V N2❑

0 [mN ❑3

mN ❑3 ]= 0.5

100+0.79 ·6.726=5.318 [mN ❑

3

mN ❑3 ]

Volumul teoretic (minim) de gaze de ardere uscate,V g❑0 , este:

V g❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]=V C 02

❑0 +V S 02

❑0 +V N2

❑0 ,

V g❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]=0.97+0.0075+5.318=6.2955[ mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul teoretic de apă, H2O, introdus si rezultat din ardere,V H 2O❑

0, este:

V H 2O❑

0 [ mN❑3

mN❑3 ]= 1

100· [X H 2

❑+ XH 2 S❑+ XC2 H 2❑+2· (X C H 4

❑+XC2 H4❑)+3· ( XC2 H 6

❑+ XC3 H 6❑+XC6 H 6

❑)+4 · ( XC3 H 8❑+XC4 H 8

❑)+5· XC 4 H 10❑+6· XC5 H 12

❑+7 · XC6 H14❑]

V H 2O❑

0 [ mN❑3

mN❑3 ]= 1

100· [ 0.5+1.5+2 ·60.5 ]=1.23[ mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul teoretic de (minim) de gaze de ardere umede,V g ,um❑0 , este:

63

V g ,um❑0 [mN❑

3

mN❑3 ]=V g❑

0 +V H 2 O❑0

,

V g ,um❑0 [mN❑

3

mN❑3 ]=6.2955+1.23=7.5255 [mN ❑

3

mN ❑3 ]

Volumul real de aer umed necesar arderii, V a , um❑0 , este:

V a , um❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]=αfocar❑·V a , um❑

0 ,

V a , um❑0 [ mN❑

3

mN❑3 ]=1.02 ·6.834=6.97[ mN❑

3

mN❑3 ]

unde α focar❑ este coeficientul de exces de aer în focar, care are următoarele valori uzuale:

1.02÷1.05 pentru gaze şi pacură; 1.15÷1.25 pentru cărbune pulverizat; 1.25÷1.4 pentru cărbune

ars pe grătar; 1.6÷2 pentru gunoi.

Volumul real de azot, N2, introdus si rezultat din ardere,V N2❑

❑,este:

V N2❑

❑ [mN ❑3

mN ❑3 ]=V N 2

❑0 +0.79 ·(αcos❑−1)·V a❑

0,

V N2❑

❑ [mN ❑3

mN ❑3 ]=5.318+0.79 · (1.04−1 ) · 6.726=5.53 [mN❑

3

mN❑3 ]

unde α cos❑=α focar❑+ Δα este coeficientul de exces de aer la coş, iar Δα sunt

infiltrările pe traseul focar-coş, care au următoarele valori uzuale: 0.2 în preîncalzitorul

de aer rotativ; 0.1 în filtrele de cenuşă şi instalaţia de desulfurare; 0.02÷0.04 prin

neetanşeităţile focarului şi canalului convectiv.

Volumul real al gazelor de ardere uscate rezultate din ardere,V g❑❑

,este:

64

V g❑❑ [ mN❑

3

mN❑3 ]=V g❑

0 +(α cos❑−1)· V a❑0,

V g❑❑ [ mN❑

3

mN❑3 ]=6.2955+ (1.04−1 ) · 6.726=6.564 [mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul real de apă, H2O, introdus şi rezultat din ardere, V H 2O❑

❑,este:

V H 2O❑

❑ [ mN❑3

mN❑3 ]=V H 2 O❑

0 +12.05 · Xaer

1000·(α cos❑−1) ·V a❑

0,

V H 2O❑

❑ [ mN❑3

mN❑3 ]=1.23+ 12.05 ·10

1000· (1.04−1 ) ·6.726=1.262 [mN❑

3

mN❑3 ]

unde, xaer❑ este umiditatea aerului introdus pentru ardere, ce se poate considera

cca. 10 g/kg.

Volumul real al gazelor de ardere umede rezultate din ardere, V g ,um❑❑

,este:

V g ,um❑❑ [mN❑

3

mN❑3 ]=V g❑

❑ +V H 2 O❑❑

,

V g ,um❑❑ [mN❑

3

mN❑3 ]=6.564+1.262=7.826[ mN❑

3

mN❑3 ],

Volumul de oxigen rămas, după ardere, în gazele de ardere,V O2❑

❑,este:

V O2❑

❑ [ mN❑3

mN❑3 ]=0.21 ·(α cos❑−1) · V a❑

0 ,

65

V O2❑

❑ [ mN❑3

mN❑3 ]=0.21 · (1.04−1 ) · 6.726=0.0564 [ mN❑

3

mN❑3 ]

Biogazul ales pentru analiză poate fi caracterizat prin:

Proprietăţi fizice: gaz fără culoare, cu miros specific de ouă clocite (datorită hidrogenului

sulfurat); fără gust

a) Compoziţia aproximativă - metan (60-62%), dioxid de carbon (36-38%), hidrogen

sulfurat (max. 2%), mici cantităţi din alte elemente (hidrogen, azot, oxigen, vapori de

apă, particule solide, etc.)

b) Putere calorifică - 6379.82 Kcal/m3;

c) Densitate (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 1.21 kg/m3;

d) Index Wobbe (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 19.5 MJ/m3;

e) Viteza maximă de ardere (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 0.25 m/s;

f) Aer necesar teoretic (CH4 -60%, CO2-38%, altele-2%) – 6.726 m3 aer/m3 gaz;

g) Concentraţie de CO2 în gazele de ardere (CH4 -60%, CO2-38%, altele -2%) – 15.4%;

Puterea calorifică inferioară Hi =6379.82 [ Kcal

mN❑3 ]

Volumul teoretic de aer uscat necesar arderii V a❑0 =¿6.726 [mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul teoretic de aer umed necesar arderii V a , um❑0 = 6.834 [mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul teoretic de bioxid de carbon, CO2, rezultat din ardere V CO2❑

0 =0.97 [mN❑3

mN❑3 ]

Volumul teoretic de bioxid de sulf, SO2, rezultat din ardere V SO2❑

0 =0.0075 [mN❑3

mN❑3 ]

Volumul teoretic de azot, N2, introdus şi rezultat din ardere V N2❑

0 =5.318[ mN❑3

mN❑3 ]

Volumul teoretic (minim) de gaze de ardere uscateV g❑0 =6.2955[ mN❑

3

mN❑3 ]

66

Volumul teoretic de apă, H2O, introdus şi rezultat din ardere V H 2O❑

0 =1.23[mN❑3

mN❑3 ]

Volumul teoretic (minim) de gaze de ardere umede,V g ,um❑0 =7.5255[ mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul real de aer umed necesar arderii,V a , um❑0 =6.97[ mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul real de azot, N2, introdus şi rezultat din ardereV N2❑

❑ =5.53[ mN❑3

mN❑3 ]

Volumul real al gazelor de ardere uscate rezultate din ardereV g❑❑ =6.564 [mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul real de apă, H2O, introdus şi rezultat din ardere,V H 2O❑

❑ =1.262[mN❑3

mN❑3 ]

Volumul real al gazelor de ardere umede rezultate din ardereV g ,um❑❑ =7.826[ mN❑

3

mN❑3 ]

Volumul de oxigen rămas, după ardere, în gazele de ardere V O2❑

❑ =0.0564 [ mN❑3

mN❑3 ]

O problemă deosebită, cu impact asupra mediului, se produce în cazul arderii

incomplete. Arderea se numeşte incompletă când o parte din combustibil ramâne nears

sau arde, astfel încât, o parte din produsele arderii, constituie componente combustibile.

Deoarece dintre elementele principale constitutive ale combustibililor, carbonul arde cel

mai greu, rezultă că, în cazul arderii incomplete, carbonul va rămâne, fie nears,

producând funingine, fie se va transforma parţial în oxid de carbon, cu degajare mult mai

mică de caldură.

Cauzele arderii incomplete pot fi: 1) lipsa de oxigen; 2) repartiţia neuniformă a

aerului; 3) răcirea bruscă a camerei de ardere; 4) amestecarea defectuoasă a

67

combustibilului cu aerul. Funinginea este o consecinţă a arderii incomplete si este

constituită din granule fine de carbon.

Impactul instalaţiilor de alimentare cu combustibil a

centralelor termoelectrice

În mod uzual, în centralele termoelectrice combustibilul utilizat este gazos, lichid

sau solid. Funcţie de tipul combustibilului şi capacitatea centralei, apar instalaţii specifice

şi cicluri diferite de preparare a combustibilului, care au impact asupra mediului, prin

dimensiunea instalaţiei (teren ocupat), prin poluanţii rezultaţi din procesul de depozitare

şi stocare şi, nu în ultimul rând, prin reziduurile rezultate, în cantităţi mari, care necesită

depozitarea (zgură, cenuşă).

Instalaţii de alimentare cu combustibil gazos

Dezavantajul principal al utilizării gazelor drept combustibil de bază este

posibilitatea redusă de stocare, astfel încât generatoarele de abur alimentate cu

combustibil gazos sunt înzestrate şi cu dispozitive pentru arderea unui combustibil de

rezervă (de regulă pacură).

Funcţiile instalaţiei de combustibil gazos se reduc la asigurarea unei presiuni cât mai

constante a gazelor în faţa arzătoarelor, la contorizarea şi la asigurarea măsurilor de

protecţie împotriva exploziilor. Măsurile de protecţie vizează asigurarea împotriva

creşterii sau reducerii presiunii gazelor şi admisiei necontrolate în focar.

Alimentarea cu combustibil gazos se face în flux continuu, fără stoc, iar singura

acumulare, ce compensează oarecum variaţiile între producţie şi consum, o constituie

volumul conductelor de transport.

Acumularea de gaze are loc la nivel regional sau naţional prin prevederea unor

stocuri subterane cu volum constant şi presiune variabilă sau constantă. Gazele sunt

aduse la centrală prin două conducte magistrale, 2 x 60 %, din consumul nominal de

gaze. Alimentarea generatoarelor de abur se face prin staţii de reducere si reglare a

68

presiunii, astfel încât în faţa arzătoarelor să fie o suprapresiune de 0.2÷0.6 [bar]. La

intrarea în acestea sunt filtre separatoare de apă şi namol.

Staţia de reglare a presiunii poate avea una sau două trepte de reducere, funcţie de

presiunea la care este racordată, pentru evitarea vitezelor supracritice. Viteza gazelor este

limitată la 60 ÷ 80 [m/s], pe conductele magistrale şi la 20÷30 [m/s], pe conductele spre

generatorul de abur, din cauza pierderilor de presiune şi a zgomotului.

Conductele de gaze sunt izolate fonic, împotriva zgomotului, şi termic, împotriva

pierderilor de caldură, care ar putea să conducă la condensarea apei (eventual chiar

îngheţarea), strangulând astfel secţiunea conductei de transport.

Staţia de reglare a presiunii este amplasată la marginea centralei şi aparţine

furnizorului. În figura este prezentată o staţie de reglare a presiunii cu două trepte, în

care: 1- conducta magistrală; 2 - filtru separator de apă şi nămol; 3 - instalaţie de reducere

a presiunii, treaptă 1; 4 - instalaţie de reducere a presiunii, treaptă 2; 5 - contor masură; 6

- colector ieşire; 7 - supapă de sigurantă.

La turbină se prevede o uşoară încălzire a gazului în schimbătorul de căldură, Sch,

pentru că, prin destinderea gazelor în turbină, temperatura s-ar reduce prea mult.

Fig. Staţie de reglare a presiunii cu două trepte

Indicatori de impact

69

Definirea si determinarea indicatorilor de impact asupra mediului, a sistemelor de

cogenerare, permite cuantificarea impactului ecologic a acestora, element deosebit de

util, atât în faza implementării unei soluţii noi de cogenerare, cât şi în cazul analizei

auditului funcţionării sistemelor deja existente.

În tabelul sunt sintetizate principalele tipuri de impact asupra mediului şi

factorii care le produc, aferente sistemelor de cogenerare.

Tabelul nr. Principalele tipuri de impact asupra mediului

Tipulde impact

Acţiunea Asupra cuiacţionează

Epuizarea rezervelor de resurse naturale

Consumul de rezerveneregenerabile

Rezerve de resursenaturale

Efectul de seră Emisia gazelor cu efect deseră: CO2, CH4, N2O, CFC,

O3, NOx, CO, COV

Echilibrul termic alplanetei

Degradarea stratului de ozon Emisia gazelor cu efectfotochimic (CFC)

Stratul de ozon

Toxicitate şi ecotoxicitate

Toxicitate Emisii de substanţe chimice,caldură, emisii radioactive

Oameni, faună,floră

Acidificare Emisii chimice: SO2, NO2,HCl

Floră, faună

Eutrofizare Emisii de elemente ca azot,fosfor în componenţa apelor

uzate

Floră, faună

Factori perturbatori

Zgomot Emisii sonore Oameni, faună

Miros Emisii mirositoare Oameni, faună

Ocupareaspaţiului

Gradul de ocupare a uneisuprafeţe şi a timpului

Oameni, faună,floră

Impact vizual Construcţii (înalţime, volum,formă)

Oameni

Fiecărui tip de impact i se asociază indicatori sau indici de impact, pe baza

cărora se face evaluarea din punct de vedere ecologic a diferitelor sisteme de cogenerare.

Calculul indicilor de impact se face pe baza poluanţilor emisi în cadrul fiecărui tip de

impact.

70

Pentru determinarea principalilor indicatori de impact, se consideră cele

două subsisteme, principalele componente ale conturului de analiză.

În continuare, se vor prezenta principalii indicatori de impact, prin care se

caracterizează efectul ecologic al diferitelor filiere de cogenerare.

Efectul de seră

Reprezintă încălzirea atmosferei provocată de captarea radiaţiilor infraroşii

reflectate de suprafaţa pământului. Compararea potenţialelor de încălzire aferente

emisiilor de gaze pentru diferitele soluţii de cogenerare se face pe baza indicatorului

Global Warming Potentiel (GWP), recomandat de SETAC (Society of Environmental

Toxicology and Chemistry).

GWP- ul unui gaz este definit de Intergovernmental Pannel on Climat Change

(IPCC) ca integrala pe un interval de timp dat, a variaţiei schimbului de energie prin

radiaţie, generat prin injecţia unui kg de gaz în atmosferă.

GWP =∫0

T

Ai❑(t)Ci❑(t )dt❑❑

∫0

T

ACO2❑(t)CCO 2❑(t)dt❑❑

unde: Ai – contribuţia unui constituent gazos, i, ca urmare a creşterii cu o unitate a

concentraţiei acestuia; Ci - concentraţia gazului “i”, menţinută o perioadă de timp “t”

după emisie ; ACO2, CCO2 - au semnificaţiile menţionate anterior, fiind aferente

dioxidului de carbon. GWP-ul unui gaz se exprimă relativ la GWP-ul dioxidului de

carbon, considerat egal cu 1.

Potenţialul global al efectului de seră al unui efluent gazos este determinat

însumând potenţialele elementare ale efectului corespunzător fiecărui gaz component al

emisiilor aferente cogenerării:

71

GWP=∑i

GWPi❑ · mi❑ [kg CO2 echivalent/u.f.]

unde : GWPi [kg CO2 echivalent]- potenţialul efectului de seră al elementului i, din

efluentul gazos; mi [kg/ u.f.] - cantitatea din elementul i ; u.f. – unitatea funcţională.

Potenţialul dioxidului de carbon este considerat egal cu 1 şi toate celelalte gaze se

raportează la acesta; de exemplu, potenţialul CH4 este 35.

Epuizarea resurselor naturale de materii prime

Pentru calculul acestui indicator, se fac următoarele ipoteze:

se consideră materiile prime naturale de natură energetică, aferente fiecărui

subsistem al ciclului de viaţă;

impactul materiilor rezultate din procesele de reciclare sau recuperare din cadrul

diverselor subsisteme se consideră nul.

Epuizarea resurselor naturale, notat ERN, este caracterizată de trei parametri:

1. consumul de materii prime;

2. contribuţia la epuizarea rezervelor naturale;

3. imposibilitatea regenerării materiilor prime

Acest indicator se determină utilizând urmatoarea relaţie:

ERN=mi❑

a[m3]

unde: mi [unităţi de masă/u.f.] - masa materiei prime energetice consumată în

cadrul subsistemului; a [an] – durata de viaţă până la epuizare (perioada de abundenţă),

definită ca raportul dintre rezerva mondială şi consumul mondial anual.

Această mărime este variabilă în timp şi este funcţie de locul rezervei. Pentru

ciclurile de cogenerare, de regulă, perioada de abundenţă se consideră de 220 ani pentru

cărbune, 40 ani pentru păcură, 50 ani pentru gaze naturale, 50 de ani pentru uraniu si un

an pentru deşeuri menajere. Perioada de abundenţă aferentă deşeurilor menajere, utilizate

drept combustibil (în cazul procesului de incinerare cu recuperare de energie ) are

valoarea 1, deoarece se consideră ca toate rezervele de deşeuri sunt consumate în

întregime (tratate sau eliminate).

72

Acidifierea

Reprezintă perturbarea echilibrului acido-bazic al atmosferei, datorată emisiilor

gazoase cu caracter acid (rezultate din procesele aferente cogenerării). Acestea pot

provoca perturbări semnificative a tuturor elementelor mediului ambiant (aer, apă, sol),

inducând o creştere a pH–ului. Cel mai utilizat indicator de acidifiere este aciditatea

echivalentă în raport cu SO2. Relaţia de determinare a acestui indicator este:

AP=∑i

A Pi❑· mi❑ [kg SO2 echivalent/u.f.]

unde :

AP [kg SO2 echivalent / u.f.] - potenţialul de acidifiere;

APi [kg SO2 echivalent / kg] - potenţialul de acidifiere al substanţei „i”;

mi [kg/ u.f.] - cantitatea substanţei i , emisă de unitatea funcţională.

Principalele emisii ce produc acidifiere : SO2, NO, NO2, NO3, NH3, HCl, HF. Potenţialul

de acidificare al unor substanţe curente este de 1 pentru SO2, luat ca bază, de 0.7 pentru

NO2, de 0.88 pentru HCl si de 1.60 pentru HF.

Poluarea fotooxidantă

Ca urmare a reacţiilor fotochimice ale oxizilor de azot şi a compuşilor organici

volatili (COV), în baza troposferei se formează cantităţi importante de fotooxidanţi,

deosebit de toxici pentru organismele vii. Creşterea semnificativă a concentraţiei acestor

produse are repercursiuni importante asupra ecosistemelor.

Aceste perturbări sunt sesizate, în general, la nivel local sau regional. Printre

fotooxidanţi, cel mai important este ozonul. Indicatorul utilizat pentru exprimarea acestui

impact se numeşte indice al potenţialului de formare a ozonului fotochimic (PCOP) şi

reprezintă (HEIJUNGS, 92) masa de ozon produsă de 1 kg de substanţă emisă

suplimentar. Pentru referinţă, se consideră etilena. De aceea, el se exprimă în kg

echivalent etilenă. Relaţia de calcul a potenţialului de formare a ozonului fotochimic este:

73

POCP=∑i

POCP i❑ ·mi❑ [kg C2H4 echivalent/u.f.]

unde:

POCP [kg C2H4 echivalent / u.f.] - indicele potenţialului de poluare fotooxidantă;

POCPi [kg C2H4 echivalent / kg] - indicele substanţei i referitor la potenţialul de poluare

fotooxidantă;

mi [kg/ u.f.] - cantitatea emisă de substanţa i.

Ecotoxicitatea

Acest indice ia în consideraţie efectele toxice produse, în principal, de metalele

grele şi de hidrocarburile aromatice nehalogenate în mediile acvatice şi terestre.

Ecotoxicitatea este evaluată prin doi factori :

• ecotoxicitatea terestră – ECT (Ecotoxicological Classification Factor for Terrestrial

Ecosistem);

• ecotoxicitatea acvatică – ECA (Ecotoxicological Classification Factor for Aqvatic

Ecosistem).

Principalele substanţe cu efecte toxice sunt : As, Cd, Cr, Co, Cr, Pb, Hg, C6H6 (benzen),

C6H5OH (fenol), dioxina, petrol brut.

ECT=∑i

ECT i❑ ·mi❑ [kg/u.f.]

ECA=∑i

ECA i❑ ·mi❑ [kg/u.f.]

unde: ECTi, ECAi - factori de ponderare a ecotoxicităţii terestre şi acvatice pentru o

substanţă i ; mi [kg/ u.f.] - cantitatea de substanţă i emisă.

Emisii de particule

Pentru emisiile sub formă de particule, factorul de emisie se calculează

I partic❑=∑i

mi❑· Ci❑ [kg]

74

unde:

mi [kg] – masa de particule;

Ci - constanta ce caracterizează particule.

În tabelul sunt sintetizaţi principalii indicatorii de impact, cei mai utilizaţi în evaluarea

ecologică a filierelor de cogenerare, poluanţii care produc impactul şi modul de

determinare a acestora.

Tabelul nr. Principalii indicatori de impact

Impact Poluanţi care

produc

impactul

Indicator Mod de determinare

1 2 3 4

Epuizarea rezervelor

de resurse naturale

Consumul de

materii

prime

Epuizarea rezervelor

naturale, ERN [kg/an]ERN=∑ mi

a

a = 50 ani

Efect de seră CO2, CH4 Global Warming

Potential, GWP [kg CO2] GWP=∑ GWPi · mi

GWPCO2 = 1

GWPCH4 = 35

Acidificare

atmosferică

SO2, NOx Potenţial de acidificare,

AP [kg SO2] AP=∑ APi ·mi

APSO2 = 1

APNOx = 0.7

Emisii

fotooxidante

HC, CH4,

CO

Photochemical Ozone

Creation Potentiel,

PCOP [g C2H4]

POCP=∑ POCP i · mi

POCPHC=0.416

POCPCH4 = 0.07

POCPCO = 0.036

75

Emisii de praf Particule Volul critic [kg]

Ipartic=∑ mi

C i

Cpraf = 0.07

unde: mi - masa materiei prime energetice consumată în cadrul subsistemului i; a – anii

de disponibilitate a rezervei.

Evaluarea impactului asupra mediului a unei soluţii de

cogenerare pe biogaz

Aspecte generale privind cogenerarea şi mediul

Cogenerarea, ca soluţie de producere combinată şi simultană a energiei electrice

şi termice, prin avantajele energetice, economice şi ecologice pe care le prezintă, se

încadrează în categoria tehnologiilor “curate” de producere a energiei.

Pentru analiza impactului asupra mediului a diferitelor instalaţii, în domeniul

legislativ, sunt stabilite principalele categorii de instalaţii, restricţiile impuse prin lege

fiind stabilite în concordanţă cu aceste clase (categorii) de instalaţii. În ceea ce priveşte

instalaţiile de cogenerare (turbine şi motoare), în legislaţia aferentă protecţiei

mediului din ţările Uniunii Europene (UE), acestea sunt incluse în categoria “mici

instalaţii de ardere”. În această catetogie sunt incluse toate instalaţiile de cogenerare

(turbine, motoare termice) cu puteri termice intrate (a combustibilului utilizat) mai mici

de 50 MW. Celelalte instalaţii, cu puteri termice mai mari de 50 MW, sunt sub incidenţa

altor directive europene şi anume, acelea referitoare la limitarea emisiilor poluante

atmosferice emise de instalaţiile de ardere cu putere (termică a combustibilului utilizat)

mai mare de 50 MW (1988). Analiza complexă a impactului asupra mediului a producerii

diferitelor forme de energie este necesară:

76

în vederea stabilirii “optimului ecologic”, în cazul implementării unei surse noi

de energie;

pentru analiza functionării unor surse de energie existente, în vederea aplicării

celor mai eficiente măsuri pentru reducerea impactului asupra mediului.

O analiză completă a impactului asupra mediului, a producerii diferitelor forme de

energie, presupune:

selectarea unei metodologii cât mai complexe de analiză a impactului asupra

mediului a soluţiilor de producere a diferitelor forme de energie;

stabilirea ipotezelor aplicării metodei de analiză ecologică considerate;

alcătuirea unei baze de date necesare întocmirii analizei de mediu, având în

vedere ipotezele stabilite;

determinarea emisiilor aferente producerii diferitelor forme de energie;

stabilirea şi calculul indicatorilor de impact;

analiza indicatorilor de impact determinaţi;

interpretarea şi compararea indicatorilor de impact rezultati pe baza analizei

ecologice efectuate, cu normativele si reglementarile interne şi internationale în

vigoare pentru tipologia de instalaţii utilizate în cadrul surselor de caldură

considerate.

Prezentarea situaţiei analizate şi a ipotezelor avute în vedere

S-a analizat din punct de vedere al impactului asupra mediului soluţia de

cogenerare cu motoare termice şi cu turbine cu gaze, care utilizează drept

combustibil biogazul. O importanţă deosebită o are definirea unităţii funcţionale. În

sistemele de cogenerare analizate, cantităţile de energie produse se exprimă în aceleaşi

unităţi (au acelaşi sistem de raportare).

Unitatea funcţională utilizată în mod curent, în cadrul analizei impactului asupra

mediului a diferitelor sisteme de cogenerare este producţia unei cantităţi totale de energie

electrică plus termică de 100 kWh, considerată la ieşirea din instalaţie, într-un interval de

77

timp de o oră. O importanţă deosebită o are stabilirea conturului analizat, care, în mod

curent, se consideră compus din următoarele subsisteme componente:

subsistemele (extracţiei, tratării şi transportului ) producerii combustibilului

utilizat în sistemele de producere a energiei în cogenerare;

subsistemul conversiei energiei în cadrul soluţiei de cogenerare.

Ipoteze

În cazul sistemelor cu un grad de complexitate ridicat (sisteme de cogenerare),

pentru abordare, este necesară stabilirea unor ipoteze simplificatoare care în mod curent,

sunt:

se neglijează aspectele de impact asupra mediului a fabricării instalaţiilor de

producere a energiei din cadrul centralelor de cogenerare, deoarece impactul

materialelor componente ale acestor instalaţii este mult mai scăzut decât impactul

funcţionării acestora, pe întreaga durată de viaţă (relativ mare).

randamentele turbomaşinilor (turbine, motoare), generatoarelor electrice,

cazanelor recuperatoare sunt considerate incluse în randamentul global al

sistemului de cogenerare.

în cadrul bilanţurilor se consideră valorile energiilor produse (electrică şi

termică).

se consideră impactul subsistemelor aferente producerii combustibilului utilizat în

centralele de cogenerare: (extracţia, prelucrarea şi transportul) până la unităţile de

cogenerare. De asemenea, pentru combustibilul lichid, se consideră impact asupra

mediului eliminarea deşeurilor rezultate în cadrul proceselor de rafinare a

petrolului.

se poate considera neglijabil impactul asupra mediului a utilizării apei în unităţile

de cogenerare (răcire, agent termic). Efectele efluenţilor lichizi rezultaţi din

funcţionarea diferitelor sisteme de cogenerare (în special, în cazul turbinelor cu

gaze şi a motoarelor termice) sunt neglijabile deoarece, în cadrul acestor tipuri de

instalaţii, apa are rol numai de fluid caloportor. Circuitele recuperative se pot

considera cu o aproximaţie suficient de bună ca fiind cvasiînchise, fără pierderi

78

mari de apă. De asemenea, consumul de apă al sistemelor considerate nu are un

impact semnificativ asupra mediului ambiant.

efectele consumului de aer comburant se iau în consideraţie în cadrul poluării

atmosferice produse de sistemele de producere a energiei (în cadrul procesului de

ardere).

În figura este exemplificat un contur de analiză a impactului asupra mediului a unui sistem

de cogenerare.

Fig. Limitele sistemului de cogenerare în analiza de impact asupra mediului

Determinarea emisiilor aferente

Emisiile aferente etapei “A” a ciclului de viaţă a combustibilului gazos (extracţie,

transport, prelucrare) nu sunt dependente de forma de energie produsă si de natura sursei

care o produce.

79

Întâlnim două situaţii şi anume:

1. Prima situaţie presupune că biogazul este realizat intr-o staţie de biogaz

inglobată în sistemul de producere al energiei electrice sau termice (sau

cogenerare) respective şi acesta nu mai necesită prin urmare transport, fiind

colectat direct de un sistem de conducte. Această situaţie are în considerare

doar impactul în urma producerii biogazului (prin urmare doar resturile din

urma procesului de fermentaţie a dejecţiilor şi anume nămolul de

fermentare).

2. A doua situaţie presupune că biogazul produs într-o staţie de biogaz să fie

colectat şi transportat către o centrală termoelectrică.Această situaţie are în

considerare atât impactul produs de etapa de producţie a biogazului (prin

urmare resturile din urma procesului de fermentaţie a dejecţiilor) cât şi

impactul etapei de transport al biogazului pe distanţe lungi.

Emisii aferente etapei “A” anterioare intrării combustibilului la sursa de energie, combustibil gazos – biogaz.

Etape incluse în “A” Tip emisie Valoare Condiţii specifice

1 2 3 4

1. Prelucrare Nămol din fermentare

● Putere calorifică -

6379.82 Kcal/m3

● Compoziţia - CH4 60-

62%, CO2 36-38%, H2S

max. 2%,

● ηprelucrare = 71%

Emisii aferente etapei “A” doar in condiţiile în care biogazul este transportat pe distanţe

lungi

2. Lichefiere Pierderi de combustibil 0.061 Nm3/Nm3 ● ηlichefiere = 83%

3. Transport

Randamente transport:praf 0.02 g/Nm3 cons

CO 2.2 g/Nm3 cons

NOX 4.4 g/Nm3 cons

80

3.1. Transport stare gazoasă

● ηtransport1 = 97%

(stare gazoasă)

● η transport2 = 73%

(lichefiat)

SO2 0.03 g/Nm3 cons

CH4 0.4 g/Nm3 cons.

Consumuri energetice gaz = 0.01 g/Nm3 cons.

3.2. Transport lichefiat

CO 0.2 g/km/t transp.

NOX 0.6 g/km/t transp

SO2 0.1 g/km/t tarnsp

HC nemetanic 0,1 g/km/t tarnsp.

CO2 33.4 g/km/t transp

Consumuri energetice en. el.=0.5 MJ/km/t

Emisiile aferente etapei “B” - transformări energetice în cadrul sursei de energie

(centrala de cogenerare)

Tip sursă Tip emisie Valoare (g/100kWh) Observaţii

Putere < 20MW Putere >20MW

CET (TG)

(turbine cu gaze)

praf 2.15 0.715 Volum gaze de ardere, Vg = 7.82

Nm3/ Nm3

ηTG = 78%

CO 12 .155 12 .155

SOX 157 1 .43

NOX 19 . 78 13 . 156

CO2 2 .2 · 104 2 .2 · 104

CET (MT)

(motoare termice)

praf 6.34 12.7

ηMT = 88%

CO 85 . 85 70 . 04

SOX 380 4 . 44

NOX 58 . 328 58 . 328

CO2 2 .9· 104 2 .9· 104

Determinarea principalilor indicatori de impact şi analiza lor

În tabel sunt sintetizaţi principalii indicatori de impact, cel mai curent utilizaţi, în

evaluarea ecologică a filierelor de cogenerare, poluanţii care produc impactul şi modul de

81

determinare a acestora. Principalii indicatori de impact caracteristici filierelor de

cogenerare

Impact Poluanţi care

produc

impactul

Indicator Mod de determinare

1 2 3 4

Epuizarea

rezervelor de

resurse naturale

Consumul de

materii prime

Epuizarea rezervelor

naturale,

ERN (kg/an)

ERN=∑ mi

a

A=50 ani

Efect de seră CO2, CH4 Global Warming

Potential,

GWP (kg CO2)

GWP=∑ GWPi · mi

GWP CO2 = 1

GWP CH4 = 35

Acidificare

atmosferică

SO2, NOX Potenţial de

acidificare,

AP (kg SO2)

AP=∑ APi ·mi

AP SO2 = 1

AP NOX = 0.7

Emisii

fotooxidante

HC, CH4, CO Photochemical

Ozone

Creation Potentiel,

PCOP (g C2H4)

POCP=∑ POCP i · mi

POCP HC=0.416

POCP CH4 = 0.07

POCP CO = 0.036

Emisii de praf praf Volum critic, m3 aerIpartic=∑ mi

C i

Cpraf=0.07

unde : mi - masa materiei prime energetice consumată în cadrul subsistemului “i”,

în unităţi de masă/unitate funcţională; a - rezerva mondială / consumul mondial anual, în

ani, aferent unui tip de combustibil.

O etapă deosebit de importantă a studiului impactului asupra mediului a

sistemelor de cogenerare, constă în interpretarea valorilor indicatorilor de impact

82

calculaţi. Evaluarea sistemelor de cogenerare din punct de vedere al impactului asupra

mediului se poate face:

A. evaluarea “impact cu impact”, luând în consideraţie câte un singur indicator de impact

calculat;

B. evaluarea globală a impacturilor.

Evaluarea sistemelor de cogenerare“impact cu impact”

Se stabilesc indicatorii semnificativi pentru sistemele de cogenerare şi pe baza

acestora se face comparaţia între diferitele sisteme de cogenerare sau/şi între acestea şi

producţia separată a celor două forme de energie. Acest mod de evaluare se mai numeşte

şi “sistem cu sistem”. Se poate utiliza şi reprezentarea grafică a indicilor de impact

calculaţi, prin histograme, denumite ecoprofile.

În acest fel se obţin concluzii parţiale, privind impactul sistemelor de cogenerare

asupra mediului:

impactul ecologic al unui sistem de cogenerare comparativ cu producţiile

separate;

impactul ecologic comparativ al mai multor sisteme de cogenerare.

Deficienţele evaluării “impact cu impact”, al cărei grad de elocvenţă este dat şi de

numărul de indicatori de impact consideraţi, se pot elimina prin aplicarea evaluării

globale.

Evaluarea globală a sistemelor de cogenerare constă în traducerea în parametri

decizionali a rezultatelor calculelor indicatorilor de impact, pentru caracterizarea din

punct de vedere ecologic a sistemelor de cogenerare, prin aprecierea metodelor

matematice de analiză multicriterială, diferenţiate în special prin modul de formulare a

rezultatelor obţinute, ceea ce impune alegerea metodei de analiză. În exemplul analizat s-

a exemplificat o evaluare “impact cu impact”.

Pentru compararea din punct de vedere al impactului asupra mediului a soluţiilor

de cogenerare menţionate, în tabel, sunt prezentate valorile principalilor indicatori de

impact pentru soluţiile analizate.

83

Indicator

Tip soluţie de cogenerare Observaţii

CET - ITG CET - MT

Putere

<

20MW

Putere

>20MW

Putere

<

20MW

Putere

>20MW

Epuizarea rezervelor

de resurse naturale

2 ·10−4 2.3 ·10−4 2.04 · 10−4 2.04 · 10−4 Soluţia cu MT mai

eficientă ecologic

Efect de seră 0.674 0.674 0.598 0.598 Soluţia cu MT mai

eficientă ecologic

Acidificare

atmosferică

0.185 0.0313 0.424 0.0647 Soluţia cu TG mai

eficientă ecologic

Emisii fotooxidante 1.06 1.06 14.1 8.37 Soluţia cu TG mai

eficientă ecologic

Emisii de praf 5 ·104 3.12 ·104 1.1 ·105 2 ·105 Soluţia cu TG mai

eficientă ecologic

Astfel, pentru cazurile analizate atât pentru puteri mai mici de 20 MW, dar şi

mai mari, din punct de vedere al indicatorilor, “epuizarea rezervelor de resurse naturale"

şi "efect de seră", soluţia CET cu MT este mai eficientă ecologic, iar din punct de vedere

al celorlalţi trei indicatori, soluţia CET cu TG este mai eficientă ecologic.

Aplicarea analizei ciclului de viaţă

Exemplul analizat prezintă modul de aplicare a primei etape a analizei ciclului

de viaţă (ACV) a unui combustibil – biogaz, utilizat într-o centrală de cogenerare.

Poluanţii au efecte negative asupra calităţii mediului, nu numai ca atare, deci ca poluanţi

primari, ci şi prin produsele lor de reacţie în atmosferă, aşa numiţii poluanţi secundari.

Având în vedere ponderea sectorului energetic în poluarea globală, s-a ajuns în situaţia

impunerii de restricţii privind cantităţile de poluanţi ce pot fi evacuate de către fiecare

ţară, la nivel global, respectiv de către fiecare companie din cadrul acestui sector de

84

activitate, la nivel local. De asemenea, din cauza schimbărilor climatice generale, cauzate

în principal de poluare, s-au luat măsuri de limitare a cantităţilor de poluanţi emişi prin

creşterea tehnologiilor sau schimbarea acestora cu unele mai puţin poluante.

Analiza Ciclului de Viaţă (ACV) este folosită ca un instrument pentru evaluarea

impactului asupra mediului al ansamblului de activităţi asociate filierei de producţie a

energiei electrice şi termice în cogenerare, începând de la extragerea materiei prime

(combustibilul) până la eliminarea deşeurilor.

Analiza Ciclului de Viaţă (ACV) este compusă din patru etape principale:

a. Definirea obiectivelor (prezentarea problemei de rezolvat şi descrierea ciclului de viaţă

ce urmează a fi studiat):

• studierea consumurilor legate de ciclul de viaţă al procesului de producere a energiei

electrice şi termice în cogenerare;

• stabilirea consecinţelor asupra mediului înconjurător.

Reprezentarea schematică a sistemului

b. Bilanţ materie-energie sau ecobilanţ (recenzarea fluxurilor de intrare şi iesire din

sistemul studiat, susceptibile de a fi responsabile de producerea de consecinţe asupra

mediului înconjurător):

85

• stabilirea câmpului spaţial (Centrala Electrică de Cogenerare);

• stabilirea câmpului temporal (perioada de la punerea în funcţiune si până în prezent a

Centralei de Cogenerare);

• stabilirea datelor necesare întocmirii bilanţului (cantităţi de combustibil, consumuri de

apă, alte materii prime şi materiale, deşeuri).

c. Analiza de impact (traducerea acestor fluxuri în impacturi potenţiale):

• emisii de poluanţi în aer, apă, sol.

d. Evaluarea comparativă şi interpretarea rezultatelor.

Ipoteze generale. Se consideră două etape principale ale ACV:

• etapa prelucrării şi transportului combustibilului; s-a examinat evoluţia cantităţii de

combustibil în diferite puncte, de la prelucrare şi până la sosirea la CET;

• etapa transformării energetice a biogazului, de la intrarea în CET şi până la transmiterea

energiei la utilizator. Bilanţul este realizat pentru o unitate de bază de 100 KWh energie

utilă.

Stiind că în timpul operaţiilor de prelucrare şi transport cantităţi cunoscute de

energie şi materie primă sunt pierdute, s-a determinat, pentru valoarea finală utilizată de

100 kWh, pentru cele două etape ale ACV, cantitatea reală de combustibil necesară în

fiecare punct al procesului. Etapele principale ale ACV sunt următoarele:

• etapa prelucrării biomasei şi de producere a biogazului;

• etapa transformării biogazului (arderea ).

Etapa producerii biogazului

În acest proces, bilanţul unei astfel de instalaţii de producere a biogazului (Anexa

nr. 1 ) este următorul :

materia cu care se alimentează instalaţia este egală cu materia care se produce

prin fermentare

materia cu care se alimentează instalaţia reprezintă apă + dejecţii în raport 1/1

86

din proces rezultă biogazul şi nămolul din fermentare

Cantitatea de biogaz produsă pentru necesarul de 100 kWh de energie electrică plus

termică este de aproximativ 350 m3 de biogaz, în procesul de fermentare consumându-se

aproximativ 125 de tone dejecţii plus 125 de tone apă diluţie.

Transport

Pentru transportul a 350 m3 de biogaz se estimează un consum energetic de

aproximativ 0.175 MJ/km.

Emisii gazoase

La producerea biogazului se estimează o evaporare de CH4 de 0.1kg/t de biogaz, iar

pentru 100 kWh rezultă o evaporare de CH4 de 0.035 kg.

Reziduuri

În urma procesului de producţie al biogazului rezultă nămolul din fermentare care

conţine substanţe fertilizante şi care poate fi usor separat de apa de nămol, ambele putând

fi utilizate în scopul fertilizării solului.

Etapa transformării biogazului (arderea)

Determinarea emisiilor aferente etapei arderii combustibilui la sursă – CET

În tabelul nr sunt prezentate emisiile aferente arderii biogazului la centrala

termoelectrică.

Tip sursă Tip emisie Valoare (g/100kWh) Observaţii

Putere < 20MW Putere >20MW

CET (TG)

(turbine cu gaze)

praf 2.15 0.715 Volum gaze de ardere, Vg = 7.82

Nm3/ Nm3CO 12 .155 12 .155

SOX 157 1 .43

87

ηTG = 78%NOX 19 . 78 13 . 156

CO2 2 .2 · 104 2 .2 · 104

CET (MT)

(motoare termice)

praf 6.34 12.7

ηMT = 88%

CO 85 . 85 70 . 04

SOX 380 4 . 44

NOX 58 . 328 58 . 328

CO2 2 .9· 104 2 .9· 104

Concluzii

Una dintre problemele principale de a cărei soluţionare depinde dezvoltarea

civilizaţiei noastre, problema care a revenit pe primul plan al preocupărilor oamenilor

de stiinţă, este asigurarea cu energia necesară dezvoltarii activităţilor de bază, care

condiţionează evoluţia progresivă a nivelului de trai al populaţiei globului pământesc.

Consumul mondial de energie a crescut semnificativ şi se prevede că va continua

să crească până în 2020, cu o rată anuală de 2 %. Dacă rata globală de creştere a

consumului de energie, de aproximativ 2 % pe an, continuă, se prevede o dublare a

consumului de energie până în 2035 şi o triplare a acestuia până în 2055, faţă de anul

1998.

Creşterea ponderii E-SRE pe piaţa internă reprezintă prima acţiune concretă a

Uniunii Europene de atingere a obligaţiilor de reducere a emisiilor de gaze cu efect de

seră rezultate în urma ratificării Protocolului de la Kyoto. Directiva 2001/77/CE

stabileşte pentru statele membre UE ţinte care trebuie atinse la nivelul anului 2010,

88

respectiv ponderi ale E-SRE din consumul intern brut de energie electrică. Atingerea

acestor ţinte este posibilă numai în condiţiile dezvoltării unor sisteme de promovare a

producerii de E-SRE, ştiut fiind că această energie este mai scumpă decât cea obţinută

utilizând combustibili convenţionali.

Utilizarea surselor de energie regenerabile SER are avantajul perenităţii lor şi al

impactului neglijabil asupra mediului ambiant, ele neemiţând gaze cu efect de seră.

Chiar dacă prin ardere biogazul elimină o cantitate de CO2, aceasta este absorbită de

biomasă pe durata creşterii sale, bilanţul fiind nul. În acelaşi timp aceste tehnologii nu

produc deşeuri periculoase, iar demontarea lor la sfârşitul vieţii, spre deosebire de

instalaţiile nucleare, este relativ simplă.

Statistica mondială apreciază că, într-un an, în lume biomasa nefolosită de om se

cifrează la circa 150 ·109 t. Considerând că 1 t biomasă uscată produce doar 300 m3 gaz

metan (300 m3 gaz ≈ 1,25 barili ţiţei ≈ 250 kg combustibil convenţional), rezultă circa

2,5·106 kcal. Apreciind că numai 25 % din întreaga cantitate de biomasă se transformă

în gaz metan, rezultă 50 ·109 barili ţiţei, adică 34 ·109 t/an ≈ 50 ·109 t cc. Iar dacă

anual, pentru încălzire, se consumă la nivel mondial 9 ·109 t cc (dintre care mai mult de

65 % petrol şi gaze), înseamnă că numai 5 % din cantitatea de biomasă transformată

anual asigură consumul actual de combustibil pe întreg globul …

89