Materiale Si Tehnologii Neconventionale, Curs Ingineria Materialelor
Saup Curs Materiale Si Tehnologii Ecologice-1
-
Upload
sincari-manuela -
Category
Documents
-
view
247 -
download
14
Transcript of 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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
1.2. Poluanţi şi poluare
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
1.3 Interdependenta: poluanti-poluare-tehnologii ecologice
1.4 Metode de separare a poluantilor
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Principiul multidimensional
Principiul ecologic
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Principiul ecoeficienţei
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Principiul informaţiei
Principiul cercetării ştiinţifice şi dezvoltării tehnologice
Principiul comunicării
Principiul implementării
Principiul responsabilităţilor
Principiul implicării conducerii
Principiul conştientizării, educării şi instruirii
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
5.3. Analiza proceselor tehnologice sub aspect ecologic
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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;
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
♦ 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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
• 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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
- 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,
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
- 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:
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
- 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).
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila
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.
Prof.dr.ing Ioan Vida-Simiti Disciplina: Ecotehnologii in dezvoltarea durabila