saup curs materiale si tehnologii ecologice-1

Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila

Prof.dr.ing. Ioan Vida-Simiti Anul I

Suport de curs:

Ecotehnologii in dezvoltarea durabila Nr. ore curs /nr aplicați: 2/ 2

MATERIALE SI TEHNOLOGII ECOLOGICE

CUPRINS

Cap. 1. Probleme generale despre ecologie, poluanti si poluare

Cap. 2. Procese de productie industriale

Cap. 3. Probleme ale dezvoltarii durabile in contextul dezvoltarii economice

Cap. 4. Tehnologii ecologice

Cap. 5. Analiza ecotehnologica a proceselor tehnologice

Cap. 6. Despre Tehnologii Curate

Cap. 7. Proiectare ecologica. Materiale ecologice (Ecomateriale)

Cap. 8. Biocombustibili (Ecodiesel)

Bibliografie :

1. Gh. Amza, Ecotehnologie si dezvoltare durabila, Ed. Printech, Bucuresti,

2009.

2. Gh. Amza, Tehnologia materialelor si produselor, Ed. Printech, Bucuresti,

2009.

3. I. Vida-Simiti, Prelucrabilitatea materialelor metalice, Ed. Dacia, Cluj-

Napoca, 1996.

4. I. Vida-Simiti, Procedee fizico-mecanice de separare a poluantilor, Ed.

UTPRESS, Cluj-Napoca,2009.

5. I. Bostan, sisteme de conversie a energiilor regenerabile, Ed. Tehnica-Info,

Chisinau, 2007

6. M. Lazar, Impactul antropic asupra mediului, Ed. Universitas, 2006

7. I. Vida-Simiti, V. Popescu, Materials Science and Environment Protection,

Proc. Bramat 2003, Brasov, p. 84-90.

8. H. Vermesan, Tehnologii curate, suport de curs, spec. Ingineria Mediului,

UTC-N

9. K.C. and A.J. Longley, Clean Technology and the Environement, Blakie

academic and professional, 1995.


1. PROBLEME GENERALE DESPRE POLUANŢI

1.1 Definitii

Ingineria mediului este un domeniu al tehnicii în care activităţile inginereşti sunt

abordate în relaţia lor cu mediul înconjurător.

Pentru studiul problemelor de mediu se impune definirea unor termeni specifici

utilizaţi în continuare.

Mediul înconjurător reprezintă ansamblul de condiţii, factori şi elemente naturale

ale Terrei cu care un organism viu vine în contact. Acestea sunt: apa (hidrosfera),

solul şi subsolul (geosfera), straturile atmosferice (atmosfera), temperatura,

umiditatea, magnetismul terestru, materialele organice şi anorganice, etc.

Ecologia – este ştiinţa care studiază conexiunile ce apar între factorii şi elementele

constitutive ale mediului înconjurător, respectiv între organismele vii şi mediul

înconjurător.

Efluent – orice formă de deversare în mediu, emisie, scurgere, ejecţie, jet,

inoculare, vidanjare, vaporizare.

Ecosistem – complexul unor comunităţi de plante, animale, microorganisme şi

mediu, care interacţionează într-o unitate funcţională.

Echilibru ecologic – ansamblul de stări ale unui ecosistem care asigură structura,

unitatea şi funcţiile acestuia.

Protecţia mediului – totalitatea mijloacelor, procedeelor şi măsurilor întreprinse

pentru păstrarea echilibrului ecologic, menţinerea şi ameliorarea factorilor naturali,

prevenirea şi combaterea poluării, dezvoltarea valorilor naturale.

Poluare – procesul de alterare şi perturbare a mediilor de viaţă şi a bunurilor

create de om, cauzat atât de efectele activităţilor umane, cât şi datorită unor fenomene

naturale, care pot produce dezechilibre ecologice.

Poluant – factor natural, substanţă sau formă de energie (radiaţie

electromagnetică, termică, ionizantă, fonică, vibraţii) care modifică echilibrul

componentelor mediului, provocând disconfort, sau are acţiune toxică asupra

organismelor vii şi aduce daune bunurilor materiale.

Dezvoltare durabilă – acea dezvoltare care satisface cerinţele generaţiilor actuale

fără a prejudicia interesele generaţiilor viitoare.


1.2. Poluanţi şi poluare


1.3 Interdependenta: poluanti-poluare-tehnologii ecologice

1.4 Metode de separare a poluantilor


2. PROCESE DE PRODUCTIE INDUSTRIALE

2.1 Definitii

Proces de productie: - totalitatea activitatilor dintr-o intreprindere (firma)

industriala care concura la realizarea unui produs.

Procesul de productie cuprinde:

- procese de baza (bazate pe procese tehnologice)

- procese de pregatire a productiei

- procese anexa (ex.: prelucrarea si valorificarea deseurilor)

- procese auxiliare: aprovizionare, desfacere, conducere, etc.

Proces tehnologic: - ansamblul proceselor, metodelor, procedeelor, operaţiilor

etc. utilizate în cadrul procesului de productie pentru obţinerea unui anumit produs.

- proces tehnologic de elaborare a materialului

- proces tehnologic de procesare (obtinere semifabricat)

- proces tehnologic de fabricatie si asamblare


2.2 Proces tehnologic si de productie

Procesul tehnologic este o parte componenta a procesului de productie in

decursul careia se efectueaza logic si treptat modificarile si transformarile materialelor

necesare obtinerii produsului. In cadrul procesului tehnologic, materia prima, cu

proprietati neadecvate utilizarii directe, este supusa unui sir de transformari fizico-

chimice in vederea obtinerii unui produs cu proprietati si functii bine stabilite.


Proces tehnologic

de prelucrare:

de elaborare materiale

de semifabricare

de prelucrare dimensionala

de tratament

de asamblare

demontabila

nedemontabila

de control

distructiv

nedistructiv

de reparare si reconditionare

2.3. Principiile tehnologiei

1. principiul multidimensional – multifactorial (multitudinea parametrilor

tehnologici)

2. principiu eficientei

– cost de productie

– productivitate

– fiabilitate

3. principiul informatiei

– proiectarea procesului tehnologic

4. principiul ecologic


3. PROBLEME ALE DEZVOLTARII DURABILE IN CONTEXTUL

DEZVOLTARII ECONOMICE

3.1. Definitii

Dezvoltarea durabila: intr-o definitie generala a conceptului de dezvoltare

durabila se considera ca acesta are ca obiectiv general gasirea optimului interactiunii

intre patru sisteme: economic, tehnologic, ambiental si uman.

Cerintele minime pentru realizarea dezvoltarii durabile include:

1. redimensionarea cresterii economice,

2. conservarea si sporirea resurselor naturale,

3. reciclarea,

4. reorientarea tehnologiilor (utilizarea celor curate),

5. asigurarea cresterii populatiei la un nivel acceptabil,

6. intretinerea diverselor ecosisteme,

7. supravegherea impactului activitatilor economice asupra mediului,

8. dezvoltarea pe plan national si international a grijii fata de mediul

inconjurator

Dezvoltarea durabila: dezvoltarea care poate fi sustinuta (mentinuta) in timp

cu resursele limitate de care dispunem.

Componentele esentiale ale unei strategii pentru o dezvoltare durabila include:

1. Stabilizarea populatiei si asigurarea unui trai decent tuturor

2. Mentinerea fertilitatii naturale a solurilor

3. Protejarea sistemelor biologice ale planetei, mentinerea biodiversitatii

4. Reducerea dependentei de petrol si in general de combustibili fosili a

economiei mondiale

5. Dezvoltarea alternativa a energiilor regenerabile

6. Reciclarea materialelor, cu diminuarea consumului de resurse minerale

si a poluarii

Sustenabilitate:

1 – se bazeaza pe recunoasterea faptului ca, atunci cand resursele sunt

consumate mai rapid decat sunt produse sau reinnoite, acestea saracesc si in cele din

urma se epuizeaza. Intr-o lume sustenabila, cererile societatii asupra naturii se afla in


echilibru cu posibilitatea naturii de a indeplini aceste cereri. Atunci cand cererile de

resurse ecologice ale umanitatii depasesc capacitatile naturii de a furniza permanent,

exista situatia de supraexploatare ecologica.

Indicele sustenabilitatii mediului ESI (Enviromental sustainability index)

reprezinta de fapt un clasament al tarilor lumii realizat cu scopul de a evidentia

gradul in care fiecare stat in parte stie sa gestioneze problemele de mediu si sa se

adapteze realitatii ecologice actuale. In acest clasament Romania ocupa locul 94 din

146, iar la nivel european pe antepenultimul loc.

2 – caracteristica unor procese tehnologice de a nu produce daune

resurselor naturale sau a mediului inconjurator astfel incat acestea sa poata fi folosite

si de generatiile viitoare. Astfel de tehnologii sunt, de exemplu, cele din industria de

prelucrare a lemnului. Acestea nu produc pagube iremediabile resurselor naturale

3.2. Obiectivele dezvoltarii durabile

1. Monitorizarea poluantilor si a principalelilor factori de poluare

2. Masuri de prevenire a poluarii, a degradarii mediului si a capacitatii de

regenerare a acestuia, cu evaluarea costurilor de prevenire si

organizarea derularii acestor activitati


3. Evaluarea daunelor provocate mediului, in urma activitatilor

economice evaluarea costurilor lucrarilor pentru reabilitarea zonelor

degradate, cat si a celor pentru protectia mediului in urma activitatii

economice curente si viitoare

4. Promovarea de industrii si tehnologii ecologice, nepoluante a caror

utilizare sa se faca in armonie cu natura, dupa principiul "dezvoltarii

durabile“

5. Fundamentarea unor decizii eficiente de gestionare a mediului si a

resurselor naturale, armonizarea cerintelor ecologice cu cele

economice, respectiv de situare a omului pe pozitia de partener al

naturii si nu pe pozitia de "stapan" al acesteia

6. Sporirea preocuparilor pentru imbunatatirea cadrului legislativ si mai

ales pentru aplicarea legii, inclusiv a sanctiunilor prevazute de aceasta

3.3. Limite in procesul dezvoltarii durabile

Cu toata dorinta noastra de a schimba starea de fapt actuala, trebuie sa intelegem ca pe

acest drum al dezvoltarii durabile exista si limite, implacabil impuse in principal de:

1. - nivelul tehnologic la care ne aflam (cand inca nu tot ceea ce ar fi de

dorit se poate realiza) poluarea insotind practic, activitatea economica

2. - calculul strict al eficientei economice, al tehnologiilor existente si a

celor durabile (deocamdata mai scumpe decat cele clasice)

3. - mai sunt inca semeni ai nostri care nu au conditiile minime decente

de trai, si care trebuie ajutati sa se dezvolte pentru a atinge acel minim

decent, ceea ce va insemna consumuri suplimentare de resurse,

posibile noi dezechilibre naturale, poluare etc.

4. - nu exista tehnologii total „curate" ci doar mai putin poluante, ceea ce,

oricat de mare ar fi dorinta noastra, va determina in continuare

poluarea sub toate formele si deci afectarea in continuare a factorilor

de mediu.

5. - nu este posibila renuntarea totala la ingrasamintele chimice si la

pesticide, avand in vedere necesarul in crestere de alimente pentru o

populatie a planetei, pe an ce trece tot mai mare.


4. TEHNOLOGII ECOLOGICE – ECOTEHNOLOGII

4.1. Definitii

Ecotehnologia este ştiinţa aplicării metodelor, proceselor, procedeelor pentru

realizarea produselor/bunurilor materiale, în condiţiile unei dezvoltări durabile şi a

unei poluări minime.

- Studiază toate transformările la care este supusă substanţa (mateialul), în

procesele ecotehnologice de lucru şi modalitatea conducerii acestor transformări în

vederea obţinerii produselor necesare societăţii, în condiţiile unei dezvoltări durabile

şi a unei eficiente optime.

Se deosebeşte de tehnologie prin implementarea dezvoltării durabile respectiv:

- limitarea cantităţii de materiale folosite în economie prin reciclarea şi recircularea

acestora;

- eliminarea pe cât posibil, a deşeurilor din procesele industriale;

conservarea energiei şi descoperirea de noi resurse energetice nepoluante;

- înlocuirea materialelor toxice şi a celor greu reciclabile cu materiale biodegradabile;

- conservarea factorilor de mediu;

- conservarea biodiversităţii;

- reducerea cheltuielilor de exploatare;

- îmbunătăţirea condiţiilor de muncă.

4.2 Principiile ecotehnologiei

Procesul tehnologic ecologic.

Trebuie astfel proiectat încât:

să implice un consum cât mai redus de materii prime;

să implice un consum cât mai redus de energie, în toate etapele, inclusiv la

reciclarea lor;

să se asigure eliminarea produşilor secundari (deşeuri).

să utilizeze tipuri de materiale, care să nu producă, în urma descompunerii

substanţe dăunătoare cu efect toxic sau ecotoxic, după aruncare la rampele de

gunoi;

să se aplice metode de procesare ieftine şi ecologice.


Principiul multidimensional

Principiul ecologic


Principiul ecoeficienţei


Principiul informaţiei

Principiul cercetării ştiinţifice şi dezvoltării tehnologice

Principiul comunicării

Principiul implementării

Principiul responsabilităţilor

Principiul implicării conducerii

Principiul conştientizării, educării şi instruirii


5. ANALIZA ECOTEHNOLOGICĂ A PROCESELOR TEHNOLOGICE

5.1. Importanţa respectării mediului înconjurător

- au fost constatate unele modificări (nu se ştie deocamdată cât sunt de ireversibile)

climatice globale,

- rezervele de materii prime şi energie sunt epuizabile;

- biodiversitatea este ameninţată, deja unele specii de plante şi animale au dispărut;

- din considerente de eficienţă economică imediată - se lucrează „la limita

tehnologiei", fapt ce induce riscuri crescute de accidente, cu efecte catastrofale asupra

habitatului;

- deşeurile industriale constituie o problemă;

- există mari decalaje tehnologice între statele bogate şi cele sărace.

Prin urmare, sistemul economic este în conflict cu sistemul natural al planetei.

Se poate ajunge la declin economic. Pe termen lung poate fi afectata civilizaţia.

Se cunosc exemple din istorie de civilizaţii dispărute (cea sumeriană, civilizaţia maya)

datorită degradării condiţiilor de mediu în care s-au dezvoltat

5.2. Elementele de flux in procesul tehnologic


5.3. Analiza proceselor tehnologice sub aspect ecologic


6. TEHNOLOGII CURATE

6.1. Definitii

Tehnologiile curate se refera la produse, servicii sau procese care

genereaza valoare folosind foarte putine resurse neregenerabile, sau care

creeaza semnificativ mai putine deseuri conventionale.

Tehnologiile curate cuprind produse si servicii care:

♦ Utilizeaza materiale regenerabile si resurse de energie sau reduc

utilizarea resurselor naturale prin cresterea eficientei si a productivitatii

folosirii lor;

♦ Reduc sau elimina poluarea si deseurile toxice;

♦ Asigura performante egale sau superioare comparabil cu oferta

conventionala;

♦ Asigura investitorilor, companiilor si beneficiarilor cresterea

profiturilor, reducerea costurilor si preturi mai scazute;

♦ Creeaza locuri de munca în management, productie si dezvoltare.

Se aplica in urmatoarele sectoare principale:

♦ producerea energiei;

♦ transporturi si producere de combustibili;

♦ tratarea apei potabile (desalinizare);

♦ ingineria materialelor.

6.2. Exemple de tehnologii curate

♦ reconversia energiei solare (celule solare fotovoltaice);

♦ reconversia energiei eoliane;

♦ producerea de biocombustibili;

♦ materiale plastice bazate pe biotehnologie;

♦ baterii litiu-ion;

♦ desalinizarea apei, prin osmoza inversa.


Tehnologiile curate în dezvoltare:

♦ energia mareelor;

♦ pile de combustie;

♦ utilizarea hidrogenului ca sursa de energie;

♦ vehicule hibride;

♦ obtinerea nanomaterialelor.

6.3. Principalele tehnologii curate

In funcţie de provenienţa lor, srsele de energie regenerabile (SRE) se clasifică în două

grupe:

• prima include energia solară şi derivatele acesteia eoliană, hidraulică, energia

biomasei, valurilor maritime, termică şi fotovoltaică ( figura 2 )

• a doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de

energii: geotermală şi energia mareelor

6.3.1. Energia solara

♦ Crestere pe piata mondiala de la 30% la 50% pe an. Se estimeaza ca energia solara

va concura în ce priveste costurile, cu energia electrica, înainte de anul 2020;


♦ Industria solara va fi dominata de cei care vor reusi sa reduca semnificativ costurile

de productie, de instalare si de integrare a modulelor foto-voltaice peste tot, de la

acoperisurile cladirilor, la utilitati de infrastructura.

♦ În contrast cu combustibilii fosili şi cel nuclear, epuizabili şi care, în esenţă, sunt

surse stocate de energie, formate pe parcursul a multor milioane de ani, sursele

regenerabile de energie (SRE) sunt definite ca "energii obţinute din fluxurile existente

în mediul ambiant şi care au un caracter continuu şi repetitiv".

Fig. 6.1. Circulatia fluxurilor de energie: regenerabila si din surse fosile

6.3.2. Energia eoliana

Între anii 1995 si 2006, capacitatea globala eoliana instalata s-a extins de cinci ori, de

la mai putin de 5000 MW la peste 74000 MW;

♦ Pe lânga marii producatori de energie eoliana, exista proiecte locale

profitabile, la scara mai mica;

♦ Piata de noi materiale pentru turbine si sisteme de control pentru fermele

eoliene este practic nelimitata;

♦ Tari ca Germania si Danemarca (Spania) obtin energie electrica pâna la 15%

din energia eoliana;

♦ Industria eoliana este campioana la resurse regenerabile.


6.3.3. Biocombustibili:

♦ În prezent,Brazilia obtine peste 30% din combustibilii pentru vehicule din etanol din

trestie de zahar;

♦ În SUA, etanolul este o industrie de aproape 215 miliarde litri pe an (cca.5% din

consumul total de combustibili rutieri);

♦ O oportunitate o constituie distilarea combustibililor din culturi nealimentare

celulozice;

♦ Dezvoltarea de noi metode de rafinare si distributie de biocombustibili, sunt surse

de profit, pe masura adoptarii în masa a biocombustibililor.

6.3.4. Cladiri verzi:

♦ Utilizeaza cu 30% mai putina energie decât cladiri clasice, de aceleasi dimensiuni;

♦ Sunt în general mai luminoase, mai sanatoase si mai estetice;

♦ Birourile verzi de exemplu, renteaza datorita economiilor de energie, dar si prin

pastrarea, participarea si productivitatea angajatilor;

♦ Cladirile verzi, cum sunt casele, apartamentele, scolile, ansamblurile rezidentiale,

folosesc iluminare economica, materiale de constructie noi, aparate eficiente energetic

si sisteme de management energetic.


6.3.5. Transport de persoane:

♦ Vehicule hibride (HEV);

♦ Hibrizi cu alimentare plug-in;

♦ Motociclete, scutere si motorete mai eficiente si mai putin poluante.

6.3.6. Filtrarea apei:

♦ Apa curata (potabila) este în scadere;

♦ În zone ca Israel si Singapore, se aplica tehnologii de desalinizare a apei sarate;

♦ Se utilizeaza nanotehnologii pentru filtrarea si purificarea apei;

♦ Se estimeaza ca aproximativ 1 miliard de oameni nu au acces la o sursa de apa

potabila;

♦ Creste amenintarea de scadere abrupta a surselor

de apa, datorita poluarii, consumului rapid de apa,

sau a dezastrelor naturale.

Principiul osmozei

1 – membrană semipermeabilă

2 – soluţie de sare concentrată

3 – soluţie diluată

osmoza directă osmoza inversă


se consideră o soluţie apoasă care conţine o substanţă dizolvată, într-un

recipient realizat dintr-o membrană semipermeabilă, introdus într-un vas cu

apă

apa din vasul exterior va pătrunde prin membrana semipermeabilă în vasul

interior tinzând să egaleze concentraţiile.

creşterea în volum a soluţiei este evidenţiată cu ajutorul unui tub introdus în

dopul vasului cu soluţia mai concentrată

presiunea hidrostatică, egală cu presiunea osmotică egalează presiunea cu care

pătrunde apa prin membrana semipermeabilă

dacă asupra lichidului din vasul interior se aplică o presiune p mai mare decât

presiunea osmotică, atunci are loc fenomenul invers de trecere a apei din vasul

interior (cu soluţie mai concentrată) în vasul exterior (cu apă sau soluţie mai

diluată) fenomen de osmoză inversă


7. PROIECTAREA ECOLOGICA. MATERIALE ECOLOGICE

7.1. Principiile proiectării ecologice

• Proiectarea unui produs pe baza principiului reducerii impactului negativ

asupra mediului inconjurator pe tot parcursul ciclului de viata.

• Factori importanti la proiectare:

– Alegerea si consumul optim de materiale si materii prime (ecologice)

– Analiza fluxului de materiale de-alungul fabricatiei si functionarii

produsului

– Energia consumata minimizata

– Posibilitati de reciclare, reutilizare si recuperare a amterialelor si

deseurilor

– Proces tehnologic ecologic

Fig. 7.1. Principiile proiectării ecologice

• Proiectarea ecologică implică un mod de abordare strategic al înlocuirii

materialelor utilizate curent, cu materiale care să producă un impact mai redus

asupra mediului pe întreg ciclul de viaţă: elaborare, procesare, exploatare,

reciclare.


• Criteriile de proiectare au denumirea generică „principiile proiectării

ecologice”.

• Principiile proiectării ecologice trebuie să ţină cont de selectarea, exploatarea,

procesarea materiilor prime si materialelor, reciclarea produselor ieşite din uz.

In proiectarea ecologica, se vor utiliza materiale cu proprietăţi specifice, care

asigura impact cât mai redus asupra mediului (fig. 7.1).

7.2. Procesul tehnologic. Materiile prime si materiale.

Materiile prime si material

Impact cât mai redus asupra mediului, pe întregul ciclu de viaţă al produsului;

Materii prime si materiale in conditiile aplicarii tehnologiilor ecologice eficiente

Utilizarea materiilor prime si a materialelor care asigura economii de energie;

Utilizarea pe cat posibil a unor materii prime si materiale regenerabile.

Procesul tehnologic

să implice un consum cât mai redus de materii prime;

să implice un consum cât mai redus de energie, în toate etapele, inclusiv la reciclarea

lor;

să se asigure eliminarea produşilor secundari (deşeuri).

să utilizeze tipuri de materiale, care să nu producă, în urma descompunerii substanţe

dăunătoare cu efect toxic sau ecotoxic, după aruncare la rampele de gunoi;

să se aplice metode de procesare ieftine şi ecologice.

Economia de energie

este unul dintre principalele aspecte ale proiectării ecologice.

Soluţii posibile:

- Utilizarea unor surse de energie regenerabile.

- Utilizarea energiei obţinute prin incinerarea unor deşeuri.

- Aplicarea tehnologiilor care implică cel mai mic consum de energie.


- Dotarea instalaţiilor cu sisteme de recuperare a energiei.

- Utilizarea unor produşi de fermentaţie anaerobă pentru producerea energiei.

7.3. Ecomateriale

Sunt materiale care utilizeaza la elaborare materii prime cu impact redus asupra

mediului, provenind din resurse regenerabile, reciclabile sau naturale. Sunt materiale

“prietenoase’ cu mediul.

Reducerea toxicităţii asupra omului şi a mediului;

Economie de materii prime;

Economie de energie;

Reducerea poluării datorată emisiilor de gaze toxice, sau de reziduuri

asociate cu producerea şi procesarea materialelor;

Posibilitatea reciclării sau reprocesării pentru obţinerea altor

materiale;

Utilizarea ecomaterialelor trebuie să conducă, în condiţiile satisfacerii necesităţii

societăţii umane de confort şi progres, la o relaţie sănătoasă cu ecosistemul.

Dezvoltarea ecomaterialelor trebuie privită ca o problemă de ansamblu legată de

întreaga ecosferă implicând:

dezvoltarea materialelor în care proprietăţile fizice, chimice, mecanice,

termice şi/sau funcţionale sunt îmbunătăţite şi puse în aplicare, astfel încât acestea să

vină în sprijinul omului;

coexistenta armonioasă cu ecosfera prin minimizarea efectelor negative

produse asupra mediului natural;

optimizarea tehnologiilor existente şi/sau aplicarea altor „tehnologii curate”

pentru asigurarea condiţiilor de viată sănătoasă în armonie cu natura. Materialele

trebuie să fie "prietenoase" nu numai cu mediul ci şi cu oamenii.

O clasificare a ecomaterialelor: relaţia între proprietăţi şi rolul lor în conservarea

mediului:

A. Materiale funcţionale pentru protecţia mediului.

- catalizatori pentru purificarea reziduurilor toxice,

- materialele alternative pentru înlocuirea substanţelor toxice,


- materialele absorbante pentru substanţe toxice,

- materiale utilizate pentru depoluare,

- materiale filtrante,

- materiale sau substanţe utilizate pentru tratarea apelor, etc

Fig. 7.2. Exemple de ecomateriale funcţionale

B. Materiale care produc poluare redusă a mediului.

Din această categorie fac parte:

- aliajele fără plumb,

- materiale plastice care nu conţin aditivi pe bază de metale grele,

- materiale înalt reciclabile,

- materiale reprocesabile,

- polimeri biodegradabili.

C. Materiale pentru energie.

Materiale utilizate pentru economisirea energiei:


- Exemple: materiale pentru celulele solare,

- filme termoreflectate utilizate pentru limitarea încălzirii

autovehiculelor şi a construcţiilor civile sau industriale,

- materialele pentru o utilizare mai eficientă a energiei termice,

- materiale utilizate pentru obţinerea unor noi surse de energie (de

exemplu prin exploatarea energie geotermale, energiei valurilor şi

mareelor, energiei eoliene).

D. Materiale de substituţie.

Sunt materiale de înlocuire a celor care produc impact major asupra mediului.

Exemple: - materiale polimerice ecologice (eco-plastics),

- aliaje ecologice (eco-alloys),

- materiale ceramice ecologice (eco-ceramics),

- materiale compozite ecologice (eco-composites).

E. Materiale plastice ecologice.

În cazul materialelor plastice includerea acestora în categoria ecomaterialelor

se realizează luându-se în considerare următoarele două aspecte majore:

degradabilitatea şi reciclabilitatea.

Polimerii degradabili sunt utilizaţi în special în cazul în care aplicaţiile

implică o perioadă extrem de scurtă sau o perioadă bine definită de utilizare pentru:

ambalaje (pe bază de folii - pungi, saci, pe bază de polimeri expandaţi, -

polistiren expandat);

materiale utilizate în agricultură (folii pentru solarii, ghivece biodegradabile, a

căror utilizare pe lângă efectul luat în discuţie (de reducere a poluării) implică

şi un impact economic favorabil.

Reciclarea reprezintă o opţiune din ce în ce mai agreată, în scopul reducerii

impactului materialelor polimerice asupra mediului. La ora actuală, în funcţie de

compoziţia deşeurilor de mase plastice, a gradului de contaminare, a specificului

economiei locale, materialele plastice se pot recicla printr-o mare varietate de metode

(reciclare mecanică, reciclare chimică, reciclare energetică etc).


F. Aliajele ecologice

Pentru includerea unor aliaje în categoria aliajelor ecologice este necesară

analiza ciclului de viaţă a acestora, pentru estimarea cantităţilor de deşeuri toxice

eliminate. Trebuie de asemenea evaluate consumurile de energie, de resurse, de

combustibili şi reciclabilitatea aliajului, ţinându-se cont de toate etapele procesului,

inclusiv exploatare, transport, etc.

Majoritatea aliajelor tradiţionale conţin multe elemente de aliere necesare

pentru îmbunătăţirea proprietăţilor. Complexitatea compoziţiei aliajelor face

reciclarea imposibilă, foarte grea sau foarte costisitoare, deci ineficientă din punct de

vedere economic.

G. Ceramica ecologică

Un exemplu de ceramică ecologică este cimentul ecologic. Cimentul ecologic se

obţine pornindu-se de la cenuşă, deşeuri industriale, care nu pot fi utilizate în alte

scopuri. În procesul de obţinere a ecocimentului o mare parte din dioxidul de carbon

format este absorbit şi reţinut în materiale poroase (cărămizi, dale de pavaj, mortar,

etc).

H. Materiale compozite ecologice

Materialele compozite sunt din ce în ce mai mult utilizate, datorită

proprietăţilor mecanice superioare pe care le au. O mare parte dintre acestea sunt

materiale compozite cu matrice organică. Datorită preţului de cost scăzut, fibrele de

sticlă sunt materialele de armare cele mai utilizate. Fibrele de sticlă ridică însă unele

probleme legate de mediu, deoarece nu sunt degradabile iar în procesele de fabricaţie

se consumă o cantitate importantă de energie. Din această cauză se doreşte înlocuirea

acestora cu fibre naturale (in, cânepă, iută, paie etc) regenerabile. Materialele de

matrice se pot obţine pe bază de polimeri naturali (de exemplu pe bază de amidon,

deşeuri de pene, sau obţinuţi prin bioinginerie cu ajutorul unor microorganisme –

drojdie, sau bacterii).

altă categorie de materiale compozite ecologice implică utilizarea materialelor

plastice reciclate.


8. BIOCOMBUSTIBILI

Biodieselul este un combustibil ecologic ce se obtine din uleiuri vegetale (soia,

rapita, floarea-soarelui, palmier) prin reactia de esterificare, ce poate fi amestecat cu

motorina, rezultatul fiind un combustibil mai putin poluant.

Biodieselul reprezinta un echivalent al motorinei, un combustibil procesat din

surse biologice regenerabile, destinat tuturor tipurilor de motoare Diesel.

Pe plan european se obtin în mod obisnuit circa 3,5-5 tone de boabe soia la

hectar, din care se poate extrage o tona de ulei de soia. Acest ulei crud poate fi folosit

direct în motoare, pâna la 100% în perioada de vara, ca un adaos de 40% cu motorina

toamna, si iarna într-o concentratie mai mica de 2% max 5% neaditivat. în cazul

utilizarii aditivilor corespunzatori procentul creste pâna la 20 %.

Aproape toate sursele energetice îsi au originea în soare. Energia solara este

creata în soare, unde atomii de hidrogen se transforma în heliu prin fuziune nucleara.

Prin acest proces în fiecare secunda 700 milione t de H2 se transforma în 695

milioane t He, restul de 5 milioane de t fiind transformate în energie care radiaza de

pe suprafata soarelui în spatiu.

Soarele genereaza cca. 1,1x1020

kWh de energie în fiecare secunda.

In România, uleiurile vegetale au cele mai promitatoare perspective

economice de dezvoltare în directia producerii biocarburantilor.

Printre culturile oleaginoase care se preteaza cel mai bine conditiilor climatice

din tara noastra se numara rapita, soia si floarea soarelui.


Biocarburantii pot fi utilizati în forma pura sau în amestec la autovehiculele

existente si pot folosi actualul sistem de distributie al carburantilor conventionali.

Utilizarea lor asigura furnizarea de carburanti în conditii de siguranta si

protectia mediului si promovarea resurselor regenerabile de energie. Biodieselul este

un înlocuitor nontoxic, biodegradabil pentru dieselul petrolier. Este obtinut din uleiuri

vegetale, uleiuri alimentare reciclate sau din grasimi animale.

Biodieselul este un combustibil diesel doar ca este produs organic. Biodieselul

apartine unei familii de metil esteri de acizi grasi, caracterizati de lanturi legate de

lungime medie ale acidului gras C16-18.

Din punct de vedere chimic, biodieselul este descris ca fiind un mono alchil

ester. În timpul unui proces chimic de transesterificare uleiurile si grasimile

reactioneaza cu metanolul având ca si catalizator hidroxidul de sodiu sau potasiu

(NaOH sau KOH) rezultând metilesteri de acizi grasi împreuna cu co-produsii:

glicerina, reziduuri de glicerina, carbonat de potasiu solubil si sapunuri.

Indiferent de sistemul adoptat productia de biocarburanti presupune în mod

obligatoriu parcurgerea mai multor etape:

– etapa I: productia agricola;

– etapa II: extragerea uleiului;

– etapa III: degumarea uleiului;

– etapa IV: filtrarea uleiului;

– etapa V: esterizarea;

– etapa VI: depozitarea uleiului/esterului.

saup curs materiale si tehnologii ecologice-1

Documents