perspective energetice globale-florian petrescu color
Post on 05-Apr-2018
225 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
1/80
-USA 2011-
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
2/80
2
Scientific reviewer:
Dr. Veturia CHIROIUHonorific member ofTechnical Sciences Academy of Romania(ASTR)PhD supervisor in Mechanical Engineering
CopyrightTitle: Perspective energetice globale
Authors: Florian Ion PETRESCU, RellyVictoria Petrescu
2011, Florian Ion PETRESCUpetrescuflorian@yahoo.com
ALL RIGHTS RESERVED. This book contains
material protected under International and FederalCopyright Laws and Treaties. Any unauthorizedreprint or use of this material is prohibited. No partof this book may be reproduced or transmitted inany form or by any means, electronic ormechanical, including photocopying, recording, orby any information storage and retrieval systemwithout express written permission from the author
/ publisher.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
3/80
3
WELCOME
Energia regenerabil este energia careprovine din resursele naturale cum ar fi luminasoarelui, vntul, ploaia, mareele, i cldurageotermal, toate acestea fiind regenerateautomat (pe cale natural).
n 2008, circa 19% din consumul totalde energie al planetei a provenit din energiileregenerabile, grosul de 13% fiind obinut dinbiomasa tradiional, care a fost utilizat nprincipal pentru nclzire, iar 3.2% a provenitdin hidroelectricitate.
Restul de 2,7% a fost obinut prin
metode moderne ca (micro hidrocentrale,biomas modern, vnt, soare, geotermal,biocombustibili, etc), dar toate aceste energiiregenerabile moderne sunt ntr-o permanenti rapid cretere.
n cadrul energiei globale, cea electric
reprezint circa 18%, fiind obinut n principalprin hidrocentrale (15%), iar restul de 3% prinnoile energii regenerabile. Aceast cartedorete s propun noi metode de obinere aenergiilor regenerabile.
Dup 1950 au nceput s apar uzine
nucleare pe fisiune. Energia de fisiunenuclear a reprezentat un ru necesar. Ea areuit s lungeasc viaa petrolului i s
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
4/80
4
previn o criz energetic global foartegrav.
Chiar i aa, energia obinut dinhidrocarburi (petrol, crbune, gaze, biomas)reprezint aproximativ 66% din totalul deenergie produs i utilizat astzi la nivelmondial.
Dac meninem acest nivel de
producie i consum petrolul se va epuiza ncirca 40 ani.
Pe de alt parte, astzi, producia deenergie nuclear (superioar), bazat pefuziune nuclear, nu este nc perfectpus lapunct (dei studiile se afl ntr-un stadiu foarte
avansat).ns timpul trece repede. Trebuie s ne
grbim s implementm i s dezvoltm noileenergii regenerabile deja cunoscute, dar i noiposibile energii regenerabile. n acestecondiii, prezenta lucrare vine s propun noiposibile surse de energii regenerabile.
PARTEA I
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
5/80
5
1. INTRODUCERE
Dezvoltarea energiei reprezint efortul de afurniza suficiente surse de energie primar isecundar, forme energetice necesare pentruaprovizionare, stabilirea costurilor, impactuluiasupra polurii atmosferice i a apei, ct ieforturile de atenuare a schimbrilor climatice cu
ajutorul surselor de energie obinute din surseregenerabile.
Societile avansate tehnologic au devenitdin ce n ce mai dependente de sursele externe deenergie pentru transport, producia de bunuri
fabricate i furnizarea de servicii energetice.Aceast energie permite persoanelor care i pot
permite costul de a tri n condiii climatericenefavorabile prin utilizarea de nclzire, rcire,ventilaie, i / sau aer condiionat.
Toate sursele de energie terestr, cuexcepia celor nucleare, geotermale i a mareelor,sunt direct sau indirect, de provenien solar.
Energia plantelor este tot de provenien
solar.Vntul i curenii marini sunt strns legate
de energia solar.
Chiar i energia solar, provine ea nsidin energie de fuziune produs n soare.
Energia geotermal i are originea dinapele termale, care la rndul lor i extrag cldura
din magma vulcanic, din strfundurile scoareiterestre. Se presupune ci magma este produs(nclzit practic) tot din reacii nucleare de fisiunespontan a unor elemente din interiorul planetei.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
6/80
6
Aceste elemente s-au produs n mare parte chiardin perioada formrii sistemului nostru solar.
Energia obinut din centrale eoliene (devnt) a cptat acum o rat de creteresemnificativ de 30% anual, avnd deja n anul2009 o putere global instalat de 158 gigawat,
fiind utilizat cu precdere n Europa, Asia, iStatele Unite ale Americii.
La sfritul lui 2009 puterea fotovoltaicglobal obinut a depit uor 21 GW fiind maiconcentrat n Germania, Spania i USA.
Cea mai mare central energeticgeotermal a lumii este Geysers din California,cu o putere instalat de 750 MW.
Brazilia are unul dintre cele mai mariprograme de utilizare a energiilor regenerabile dinlume, constnd n producerea de combustibili detip etanol extras din zahr, reprezentnd circa 18%din combustibilii auto mondiali.
Etanolul la automobile se folosete dealtfeln mod curent n cantitate mare n toat America,inclusiv n USA unde e utilizat sub form decomponent procentual al unor amestecuri decombustibili bine preparate i dozate.
n timp ce multe proiecte de energieregenerabil sunt utilizate la scar larg, uneletehnologii regenerabile sunt de asemenea (mai)potrivite pentru zonele rurale i cele ndeprtate, ncazul n care energia este adesea crucial ndezvoltarea uman.
La nivel global, se estimeaz c circa 3
milioane de gospodrii primesc energie astzi de lamici sisteme solare (PV).
Micro-hidro sistemele configurate pentrulocalitile mici de provincie deservesc deja foarte
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
7/80
7
multe arii din toat lumea, i se extind n continuare(doar c acest potenial energetic este limitat).
Peste 30 milioane de locuine ruraleprimesc deja energie (lumin, ap caldi cldurpentru gtit) de la sistemul cu biogaz.
Sistemele cu biomas sunti mai extinse pentreaga suprafa a planetei, deservind astzicirca 160 milioane gospodrii.
2. TIPURILE PRINCIPALE DE ENERGIIREGENERABILE CUNOSCUTE
o 2.1. Energia eolian
o 2.2. Hidroenergia
o 2.3. Energia solar
o 2.4. Biomasa
o 2.5. Biocombustibilii
o 2.6. Energia geotermal
o 2.7. Energia mareeloro 2.8. Hidrogen obinut prin
fotosintez artificial
o 2.9. Energia de tip Lumin neagr
2.1. Energia eolian (a vnturilor)
Curenii de aer pot fi utilizai pentru aantrena turbine eoliene.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
8/80
8
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
9/80
9
Turbinele de vnt moderne produc o putere
situat ntre 600 kW i 5 MW, cele mai utilizatedevenind cele de 1.53 MW putere la ieire, fiindmai simple constructiv i mai potrivite pentru uzulcomercial.
Puterea la ieire a unei turbine eolieneobinuite este o funcie de viteza vntului laputerea a treia, astfel nct la creterea vitezeivntului puterea generat de turbin crete cu
cubul vitezei eoliene, creterea fiind spectaculoas[1].
Se crede c potenialul tehnic mondial alenergiei eoliene poate s asigure de cinci ori mai
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
10/80
10
mult energie dect este consumat acum. Acestnivel de exploatare ar necesita ca 12,7% dinsuprafaa Pmntului (excluznd oceanele) s fieacoperit de parcuri de turbine, presupunnd cterenul ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vnt pekilometru ptrat. Aceste cifre nu iau n considerare
mbuntirea randamentului turbinelor i asoluiilor tehnice utilizate.
2.2. Hidro energia (energia apei)
Printre sursele de energie regenerabil,centralele hidroelectrice au avantajul de a fi niteuzine fiabile care pot funciona pe perioade lungide peste 100 ani cu costuri de ntreinere foarte
mici.
Deasemenea, hidrocentralele sunt curate iau puine emisii poluante. Problema lor este c au ocapacitate limitat (puterea hidroelectric maxim
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
11/80
11
dat de o ap curgtoare este limitat la o valoarecare odat atins nu mai poate fi depit).
2.3. Energia solar
Panourile solare fotovoltaice genereazelectricitate prin captarea energiei fotonilor venii
de la soare i nmagazinarea ei n electroni liberi,producndu-se astfel un curent electric.
Randamentul conversiei energiei fotonilorn electroni activi, a nceput cu 4% i a progresatistagnat muli ani la nivelul de 14-20%.
De civa ani s-a atins circa 43%(deocamdat numai la nivel de cercetaretiinific).
Echipa lui Strano a reuit un miraculos 87%,i lucreaz acum pentru obinerea unui randament
al conversiei de 99%.Antena nanotub a echipei lui Strano
mrete numrul de fotoni, care pot fi capturai i
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
12/80
12
transform lumina n energie ce poate fi canalizatapoi ntr-o celul solar.
Antena const dintr-o frnghie fitil formatdin mai multe fire (fibre) de aproximativ 10 microni(10 milionimi de metru) lungime i patru micrometrigrosime, care conine aproximativ 30 milioane denanotuburi de carbon.
Echipa Strano a construit pentru primadat, o fibr format din dou straturi denanotuburi cu proprieti electrice diferite.
n orice material, electronii pot exista laniveluri diferite de energie. Cnd un foton lovetesuprafaa antenei, el excit un electron ducndu-lla un nivel energetic mai ridicat (specificmaterialului utilizat). Interaciunea dintreelectronul excitat i golul lsat n urma lui, senumete un exciton, iar diferena energetic
dintre nivelul energetic actual al electronuluiexcitat i nivelul lui energetic anterior estecunoscutca decalajul de band.
Stratul interior al antenei coninenanotuburi cu un mic decalaj de band, iar stratulexterior al ei are nanotuburi cu un decalaj de bandmai mare. Acest lucru este important, deoareceexcitonii pot curge doar de la o energie mai marectre una mai mic. n acest caz, excitonii curgdinspre stratul exterior ctre cel interior, unde eipot rmne (exista) ntr-o stare energetic de nivelenergetic mai sczut (dar nc excitat).
Prin urmare, atunci cnd energia luminiilovete materialul, toi excitonii curg ctre centrul
fibrei, unde sunt concentai.Strano i echipa sa nc nu au construit un
dispozitiv fotovoltaic la care s utilizeze antena,dar intenioneaz s o fac. ntr-un astfel de
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
13/80
13
dispozitiv, antena ar concentra fotonii nainte cacelula fotovoltaic s-i converteasc ntr-un curentelectric. Acest lucru ar putea fi realizat princonstruirea antenei n jurul unui nucleu demateriale semiconductoare.
Interfaa dintre semiconductor inanotuburi ar trebui s separe electronul de golulsu, cu electronii colectai la un electrod atingndsemiconductorul interior, iar golurile colectate laun electrod ce atinge nanotuburile. Acest sistem ar
trebui apoi s genereze curent electric.Randamentul unei astfel de celule solare ar
trebui s depind de materialele utilizate pentruelectrozi, potrivit cercettorilor tiinifici.
Costul altdat foarte mare al nanotuburilorde carbon a putut fi redus extrem de mult n ultimiiani de ctre companiile chimice din dorina
consolidrii capacitii lor productive.n viitor se va ajunge chiar ca nanotuburile
carbonice s se vnd cu un ban jumtatea de kg,aa cum s-a ntmplat cu polimerii.
La un asemenea cost adugarea la o celulfotovoltaic va deveni neglijabil din punct devedere a costului de fabricie suplimentar.
n afar de problema actual a costului,echipa lui Strano lucreaz acum la minimizareapierderilor de energie atunci cnd fluxul excitonilorcurge prin fibri la generarea de excitaii multiplepe foton [2].
n afar de panourile solare fotovoltaice, semai folosesc i panouri cu evi prin care circul apcare se nclzete de la soare.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
14/80
14
Plecnd de la acest principiu s-au construitfermele solare cu turn, care n principiu au un turnnconjurat de multe oglinzi parabolice.
Oglinzile reflect energia luminoasconcentrat primit de la soare focaliznd-o toatepe o zon a turnului unde se afl un cazan cu apsau alt lichid (agent) care este supranclziti careva aciona o turbin cu aburi care va mica un
generator electric (sau un grup stirling-generatorelectric).
2.4. Biomasa
Biomasa este o energieregenerabil deoarece energia coninut de eaprovine practic de la soare. n cadrul procesului de
fotosintez, plantele capteaz energia soarelui pecare o convertesc i o stocheaz. Cnd plantelesunt arse, ele elibereaz energia captat de lasoare.
Biomasa este un fel de baterie de energieconstruit din plante. Plantele stocheaz energienatural pentru o vreme, elibernd-o apoi laarderea lor.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
15/80
15
2.5. Biocombustibilii
Biocombustibilul lichid este de obicei fie unbioalcool (cum ar fi bioetanolul, sau biometanolul)
fie un ulei (cum ar fi biodieselul).
Bioetanolul este un alcool fabricat prin
fermentarea zahrului.Cu ajutorul tehnologiilor actuale biomasa
celulozic (cum ar fi copacii, iarba, trestia, papura,algele marine) poate fi folosit pentru producia deetanol (sau ulei vegetal) [3].
2.6. Energia geotermic
Energia geotermal este mai aproape desuprafa n unele zone dect n altele.
Apa fierbinte sau aburul care nesc dinpmnt n unele locuri, pot fi utilizate pentruobinerea de cldur sau energie electric.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
16/80
16
Astfel de surse energetice exist doar nanumite pri ale planetei, cum ar fi Chile, Islanda,Noua Zeeland, USA, Filipine, Italia, Romania, etc.
Energia geotermal deci este energiaobinut prin utilizarea surselor de cldur ieitedin pmnt, ele putnd fi scoase prin foraje laadncime medie sau foarte mare n scoaraPmntului, sau n unele locuri de pe glob de lanumai civa metri adncime.
Uneori ns aceast energie netesingur din scoara terestr nemaifiind nevoie de
forare.
Pentru a construi o staie de puterecosturile sunt destul de ridicate, dar costurile de
ntreinere i exploatare sunt reduse compensndapoi cheltuielile iniiale.
Trei tipuri de centrale (uzine) electrice suntfolosite pentru a genera energie de la energiageotermal: cu abur uscat, rapidi binar.
Metoda aburului uscat, este o uzin carefolosete direct numai aburul ieit din pmntpentru acionarea unor turbine care rotescgeneratoare electrice.
Uzina de tip rapid (bli) ia cu tot apa caldcare iese din pmnt, de obicei la temperaturi depeste 200 C, i i permite s fiarb imediat ce seridic la suprafa pentru a o separa n abur i ap
fierbinte n separatoare, rulnd apoi numai aburulprintr-o turbin cu abur, ce acioneaz generatorulelectric.
n instalaiile binare, apa cald curge prin
schimbtoare de cldur, cednd energia termicunor fluide organice care vor aciona apoi turbina.
Se mai obijnuiete uneori (la toate cele treitipuri de uzine) s se reinjecteze n sol (napoi n
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
17/80
17
roca fierbinte) apa cald rezidual (scurs n urmaproceselor obinute) pentru a menine i chiarridica i mai mult temperatura zonei i implicit aapei i aburilor care ies din sol.
Islanda a produs n anul 2000 spre exempluo putere geotermal de 170 MW, cu care a reuits-i nclzeasc 86% din totalul su de locuine.
Exist, de asemenea, potenialul de agenera energia geotermal din roci fierbini iuscate.
Guri de cel puin 3 km adncime suntforate n pmnt.
Prin unele dintre aceste orificii sepompeaz ap n pmnt, iar prin altele neteapa nclzit.
Mai multe companii din Australia utilizeaz
acest mod de extragere de energie din rocile caldeuscate.
O idee ar fi s se construiasc (s seintroduc) n zonele cu roci fierbini i uscate directconducte rezistente prin aceste roci, prin care s
fie apoi pompat ap, care va intra rece i va ieicald. Apa cald va fi utilizat n schimbtoare decldur, dup care va fi din nou recirculat.
Un procedeu similar ar putea fi ncercat in zonele deertice, ziua, cnd cldura nisipuluincins de soare este foarte mare, conductele cuap fiind introduse prin nisipul fierbinte de lasuprafaa pmntului pe zone ct mai ntinse.
evile prin care circul ap fierbinte pot fitrecute n anumite puncte prin schimbtoare decldur. Cldura preluat poate fi utilizat pentruobinerea de energie electric pe cale chimic, sauutiliznd motoare termice cu ardere extern, cuaburi ori de tip stirling, care vor aciona apoi nite
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
18/80
18
generatoare electrice de curent alternativpolifazat.
2.7. Energia mareelor
Energia mareelor poate fi extras dinmareele provocate de gravitaia lunii n anumite
locuri i momente, introducnd o turbin de apntr-un curent format de maree, sau princonstruirea de baraje care admit sau elibereazap printr-o turbin.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
19/80
19
Turbina antreneaz un generator electric,sau un compresor de gaz, care poate stoca apoienergia att ct e necesar.
Mareele de coast sunt o surs de energiecurat, gratuit, regenerabil i durabil, nslimitat cantitativ.
2.8. Hidrogen obinut prin fotosintez
artificial
Fotosinteza artificial este un domeniu decercetare care ncearc s imite artificial procesulnatural de fotosintez, prin convertirea energieisolare, a apei i dioxidului de carbon, ncarbohidrai i oxigen.
Uneori, disocierea apei n hidrogen ioxigen, prin utilizarea energiei luminii solare este,de asemenea, menionat ca fotosintez artificial.
Actualul proces care permite ca jumtatedin reacia fotosintetic global s aib loc este o
foto-oxidare.
Aceti ioni sunt necesari pentru reducereadioxidului de carbon ntr-un combustibil.
Cu toate acestea, singura cale cunoscutpentru realizarea acestor reacii este prinutilizarea unui catalizator extern, unul care poatereaciona rapid, precum i determina absorbirea
fotonilor soarelui n mod constant.
Baza general din spatele acestei teoriieste crearea unei instalaii artificiale tip surs decombustibil.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
20/80
20
Fotosinteza artificial este o energieregenerabil, carbon-surs neutr de combustibil,ce produce ori hidrogen, ori carbohidrai.
Ca atare, fotosinteza artificial ar puteadeveni o surs foarte important de combustibilpentru transport.
Spre deosebire de biomas, nu mai enevoie de teren arabil i de timpul de cretere abiomasei.
Deoarece faza de lumin independent afotosintezei fixeaz dioxidul de carbon atmosferic,fotosinteza artificial ar putea deveni un mecanismeconomic de sechestrare a cabonului, reducndatt procentul de CO2 din atmosfer, cti efectulde nclzire global, i producnd i stocndtotodat pe termen indefinit combustibil bazat pecarbon.
2.9. Energia Luminii Negre
ncepnd din 1986, Dr. Randell L. Mills adezvoltat teoria luminii negre.
n 1989, era gata patentul original, cuconcluziile teoretice publicate.
n 1991, Dr. Mills a fondat corporaiaEnergia hidrocatalitic, pentru a urmridezvoltarea i comercializarea noii forme deenergie.
n 1996, numele companiei a fost schimbatn Energia Luminii Negre.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
21/80
21
Bazat pe legile fizice naturale, aceastteorie prezice existena unor nivele energeticeadiionale ale atomului de hidrogen, nivele deenergie mai sczut care ns nu sunt atinse n modobijnuit.
Ele nu sunt n general atinse deoarecetranziia ctre aceste nivele energetice nu estedirect asociat cu emisia spontan de radiaie aunui atom de hidrogen normal, atta timp ctatomii de hidrogen de energie foarte sczut
(numii hidrini), nu sunt stabili n stare izolat.Atomii de hidrogen pot atinge aceast stare
de izolare instabil, de radiaie sczut energetic,printr-un transfer de la un atom vecin, ion, saucombinaie de ioni avnd capacitatea de a absorbienergia necesar pentru efectuarea tranziiei.
Conform acestei teorii, atomii de hidrogenpot fi obligai s efectueze aceast tranziie, cueliberarea de energie.
Se prevd etape succesive de tranziie aatomului, care vor elibera energii mult superioarecelei obinute prin arderea hidrogenului (sau celeinecesare pentru disocierea apei).
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
22/80
22
3. NOI METODE DE OBINERE A ENERGIEI
3.1. Uzine hidroenergetice submarine nviitor
LONDRA: Un fluviu mare submarin curgnd
pe fundul Mrii Negre a fost descoperit de oameniide tiin descoperire ce vine s expliceposibilitile existenei vieii submarine la mareadncime n Marea Neagr, prin regenerareasubstanelor vitale prin curenii submarini formaide acest uria fluviu.
Se estimeaz c dac ar curge la suprafa
el ar fi al aselea fluviu de pe planet ca mrime(lungime i debit).
El ar fi de circa 350 ori mai mare dectTamisa.
Fluviul submarin are n unele locuri oadncime de peste 115 m, praguri i cascade,asemenea unui mare fluviu terestru.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
23/80
23
Oamenii de tiin de la Universitatea dinLeeds, folosind un submarin modern, robotizat icomplet automatizat, au studiat fluviul pe totparcursul su, urmrind canalele sale (albia sa),malurile sale, zonele inundabile, constatnd c apasa este mult mai srat dect restul apei din MareaNeagr.
Acest fluviu uria pornete din Mediteranaspre Marea Neagr i traverseaz Bosforul,originea sa bazndu-se pe diferena de salinitate,
aceasta fiind tot mai mic mergnd dinspreMediterana spre Marea Neagr.
Instalarea unor turbine speciale caregenereaz electricitate n rul subacvatic ce curgede-a lungul prii de jos a Mrii Negre, ar puteaaduce pentru Europa o cantitate mare de energieieftin i curat, regenerabil, sustenabil, cueforturi mici de ntre
inere.
3.2. Obinerea de energie utilizndmotoarele Stirling (de tip alfa)
Putem utiliza motoarele Stirling de tip alfapentru obinerea de energie utiliznd dou locaiiapropiate cu diferene de temperatur ntre ele,cum ar fi spre exemplu solul i subsolul. Metodapoate avea un randament mai bun cu att mai multcu ct diferena de temperatur dintre cele douzone apropiate este mai mare.
Se poate utiliza zona deertic undetemperatura exterioar a solului ziua este mult maimare dect cea interioar.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
24/80
24
Sau putem folosi eventual zonele polareunde temperaturile cresc de la suprafa
spre
adncime.
3.3. Putem obine energie din interiorul unuivulcan
Vom instala diferite conducte, serpentine,cazane, n interiorul unui vulcan, i pompnd prinele ap rece, vom scoate n schimb ap cald (sau
fierbinte) la ieire.
Din aceasta putem obine energie termicisau electric.
Nu trebuie practic dect s facem scircule apa prin nite instalaii ce sunt trecute prininteriorul vulcanului.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
25/80
25
Se va introduce un lichid (agent) rece ivom obine unul cald la ieire (fierbinte).
Dificultatea nu va consta att de mult nintroducerea evilor, ct n calitatea materialelordin care vor fi confecionate pentru a rezista untimp mai ndelungat.
E posibil ca i ntreinerea instalaiilor spun iniial unele probleme, ns acestea vor puteafi remediate pe parcurs.
3.4. Capturarea i pstrarea energieieliberate de un fulger
Fulgerul are o putere medie de3000000000000W=3*1012W=3*109kW= 3*106MW=3*103GW= 3TW.
El se produce la suprafaa planetei cu ofrecven real de circa 300 de ori pe secund.
Dac am putea capta mcar unul din cele300 fulgere, energia astfel obinut ar fi deaproximativ 1-7 GJ/s=1-7 GWs/secund, 1-7GWh/or=8760-61320 GWh/an=8,76-61,32 TWh/an.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
26/80
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
27/80
27
unei energii mai mari la ieire prin eliberareaenergiei de repaus a electronilor.
n realitate avem pierderi energetice deradiaii prin trecerea electronilor de pe un nivelenergetic mai mare pe unul mai mic, i poate doar
ntmpltor s aib loc i cteva anihilri(nesemnificative), astfel nct culegnd la ieiretoate radiaiile, am obine abia energia consumatpentru accelerare i nimic n plus (poate chiar iceva pierderi).
Dac n schimb vom folosi douacceleratoare de particule similare, unulaccelernd electroni, iar cellalt pozitroni, iar la unanumit nivel energetic (testat) i-am ciocni, ar avealoc reacia de anihilare a unui electron cu unpozitron, din care s-ar obine n plus circa un MeVde energie pentru fiecare pereche anihilat.
De data aceasta bilanul energetic ar fi totalpozitiv la ieire, i putem vorbi de o reaciecontrolat de obinere a energiei din interiorulmateriei, reacie care nu a mai fost utilizat pnacum i nici imaginat cel puin.
Pe de alt parte anihilarea se poate petrecei la energii medii, sau chiar sczute, (se vor faceteste speciale pentru a vedea la ce viteze se ob
ine
numrul maxim de anihilri) astfel nct pericolulemisiilor energetice spontane premature nici nu vamai exista.
Cu un debit de 10^19 particule/s am obinecirca 14 GWh/an dac toate ciocnirile ar avea loc is-ar termina fiecare din ele cu cte o anihilare.
Dac
doar jum
tate din ele vor fi reu
itevom putea obine oricum n jur de 7 GWh/an.
Cu un sistem modern care crete debitul de1000 ori (10^22p/s), energia obinut anual arputea atinge uor 7-12 TWh.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
28/80
28
Cu 1000 de astfel de sisteme am avea toatenergia necesar ntregii omeniri.
Dac sistemul va fi perfecionat ncontinuare crescnd debitul de particule de nc1000 ori pn la nivelul de (10^25 p/s), atunci unsingur astfel de sistem ar genera toat energianecesar ntregii planete, fr riscuri, frreziduuri nucleare, fr necesitatea utilizrii unorcombustibili, i cu costuri minime de ntreinere(acestea ar scdea de 10000 de ori, reducnd
preul energiei obinute de 10000 ori, putndconsidera aceast energie c este practic gratis,chiar i cu costurile de ntreinere incluse, fiindtotodat regenerabil, inepuizabil, sustenabil,
fiabil, curat, uor controlabil, i fr riscuri).
Debitul particulelor se poate mri princreterea numrului de particule pe un puls, i sauprin cre
terea num
rului de pulsuri pe minut.
3.5.1. OBINEREA DE ENERGIE PRINPROCESELE DE ANIHILARE DINTRE UNELECTRON I UN POZITRON SAU DINTRE UNPROTON I UN ANTIPROTON (PREZENTAREAUNOR STUDII DE CAZ)
Noiuni de baz despre obinerea deenergie, regenerabil, curat, prietenoas, maiieftin, de anihilare (De exemplu prin anihilareaunui electron cu un anti electron, vezi figura de mai
jos).
Electronul i pozitronul se obin prinextragerea lor din atomi; extragerea consum ocantitate neglijabil de energie (civa keV). Apoi,
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
29/80
29
cele dou particule sunt aduse una lng cealalt(sau ciocnite); se produce fenomenul de anihilare,cnd masa de repaus se transform total n energie(fotoni gama).
Apar fotoni gama, atia ct sunt necesaripentru a prelua energia total a electronului ipozitronului (energia de repaus plus cea cinetic);de obicei se obin doi sau trei fotoni gama (cndavem o anihilare joas, i anume dou antiparticulecu energie sczut, fiecare din ele avnd o energie
cinetic mic peste energia de repaus, atunci cndparticulele nu sunt accelerate sau sunt acceleratefoarte puin), dar putem obine mai multe particuleatunci cnd avem o anihilare nalt (i anumeatunci cnd particulele sunt energice ele fiindputernic accelerate nainte de a fi ciocnite).
Procesul de anihilare dintre un electroni unpozitron
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
30/80
30
Energia de repaus a unei perechi electron-pozitron depete cu puin un (1) MeV (cea cereprezint o energie foarte mare pentru niteparticule att de mici, energie comparabil cu ceaobinut prin fuziunea a dou particule cu masa deaproape 2000 de ori mai mare).
Acesta este primul mare avantaj al noiimetode propuse care extrage toat energia derapaus a particulei prin anihilare, n vreme ce ncazul obinerii de energie prin metoda cea mai
eficient imaginat (cunoscut) pn acum(fuziunea la cald sau la rece), se extrage doar celmult o miime din masa de repaus a particulei(practic, numai diferena de energie dintre energialor cnd sunt libere i cea atunci cnd sunt unite,numit discrepan).
Am nceput cu perechea electron pozitrondeoarece aceste particule micu
e se extrag cu
uurin din atomi (atomii regenerndu-se apoiimediat pe cale natural, fapt ce determin laturaregenerabil a energiei obinute prin anihilri departicule).
Pasul urmtor va fi testarea anihilrii unuiproton cu un antiproton, deoarece masa lor derepaus este de aproape 1800 de ori mai mare
dect cea a electronului sau pozitronului,obinndu-se n procesul lor de anihilare o energiede circa 1000 de ori mai mare, i anume 1 GeV nloc de 1 MeV (considernd ca singura energie realobinut pe cea a protonului, n vreme ce energiaobinut din antiproton ar putea compensa energianecesar creerii lui prin accelerarea la energiiextrem de ridicate i ciocnirea protonilor).
Comparaia real ar trebui fcut ntreenergia obinut prin fuziunea deuteriului i tritiuluii procesul de anihilare a unui proton cu unantiproton. Va rezulta o diferen de energie de
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
31/80
31
aproape 1000 de ori mai mare n favoareaprocesului de anihilare.
Practic n acest fel se realizeaz visul de aextrage toat energia din interiorul materiei.
Un alt mare avantaj al metodei propuse esteacela c nu rezult n urma anihilrii reziduuriradioactive sau de alt natur, i nici nu se
utilizeaz ca materii prime substane radioactive.Din acest proces se obin numai fotoni gama ieventual alte mini particule energetice. Procesulnu prezint nici un pericol pentru oameni i pentrumediul nconjurtor.
Energia produs este curat. Tehnologiilenecesare sunt mult mai simple dect cele solicitatede reaciile nucleare de fisiune sau de fuziune, fiindi mai ieftine i mai uor de ntreinut.
Energia rezultat prin anihilri poate fiobinut n cantiti orict de mari (teoreticnelimitate), ieftin, curat, sigur, verde,regenerabil i sustenabil (natural), cu tehnologiimai simple i mai uor de ntreinut.
Putem extrage energia masei de repaus aunui electron. Pentru o pereche electron-pozitronaceast energie este de circa 1 MeV.
"Sincrotronul de radiaii (sincrotronul sursde lumin)" produce deliberat o surs de radiaii.Electronii sunt accelerai la viteze mari n mai multeetape pentru a atinge un final de energie (care estede obicei n intervalul GeV). Avem nevoie de dou
sincrotroane pentru acest proces. Unul care saccelereze electronii i altul care s accelerezepozitronii. Antiparticulele vor fi apoi ciocnite, dupce au ajuns la un nivel energetic optim.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
32/80
32
Toat energia va fi colectat la ieirea dinsincrotroane, imediat dup ciocnireaantiparticulelor. Vom recupera energia deaccelerare iar n plus se va obine i energiadatorat anihilrilor (maselor de repaus)electronilor i pozitronilor.
La un flux de 10^19 electroni/s putem obineo energie de circa 7 GWh / an, chiar dac se obineun randament al ciocnirilor sub 50%. Acest debit
foarte ridicat se poate obine cu 60 pulsuri pe minut
i 10^19 electroni pe puls, sau cu 600 pulsuri peminut i 10^18 electroni pe puls, spre exemplu.Adic ca s putem micora numrul de particule pepuls trebuie mrit frecvena pulsurilor.(Deocamdat e greu de obinut un puls att de
ncrcat cu acceleratoarele cunoscute).
Dac am crete nc debitul propus anteriorde circa 1,000 de ori, s-ar obine cu o astfel deinstalaie circa 7 TWh / an. Aceast energie arputea completa energia obinut prin fisiunenuclear, pentru ca mpreun s nlocuiasctreptat energia obinut pe baz de hidrocarburiarse, deoarece rezervele de gaze i mai ales celede petrol tind s se epuizeze rapid (n civa zeci de
ani).
Avantajele anihilrii unui electron cu unpozitron, n comparaie cu reactoarele nucleare de
fisiune, sunt de eliminare a deeurilor radioactive,a riscului de explozie i de reacie n lan. Energiaobinut din masa de repaus a antiparticulelor este
mai uor de controlat comparativ cu reaciile defisiune sau fuziune la rece sau la cald.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
33/80
33
Nu mai este necesar combustibil radioactivmbogit (ca n cazul reaciilor de fisiune), nu mai enevoie de deuteriu, litiu sau neutroni accelerai (ca
n cazul fuziunii la rece), sau de temperaturi ipresiuni enorme (ca n cazul fuziunii la cald), etc.
3.5.2. REZULTATE I DISCUII
Cam ct energie am putea obine dininteriorul materiei?
Einstein a artat c dintr-un kg de materieputem obine toat energia necesar ntregiiplanete pentru un an ntreg:
E=m.c2
=1[kg].(3.108)2
[(m/s)2
]=9.1016
[j]=2,5.1010[KWh]=2,5.107[MWh]=2,5.104[GWh]= 25[TWh]
Am putea realiza acest lucru numai dacam extrage absolut toat energia din interiorulmateriei.
Prin reacia de fuziune nuclear se extragenumai o mic parte din energia de repaus aparticulei utilizate.
Aceast pictur de energie (1 / 1000 dinmasa energetic a unei perechi proton-neutron) secheam discrepan.
Pentru un kg de particule perechi proton-neutron, energia de fuziune este de aproximativ1000 de ori mai mic dect energia masei derepaus total a unui kg de materie (numai 29 [GWh]din energia intern total de 25 [TWh]); i asta
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
34/80
34
considernd o reacie cu un randament al fuziunilorrealizate comparativ cu fisiunile realizate de 100%al reaciei de fuziune care nu ar putea fi atins nrealitate sub nici o form.
Teoretic vorbind, putem extrage dininteriorul materiei (prin reacia de fuziune) doar celmult a mia parte din energia sa (din masa saenergetic). Avnd n vedere i randamentulreaciei de fuziune, aceast energie obinut estede fapt mult mai mic.
Prin reacia de fisiune nuclear energiaobinut va fi practic nci mai mic.
Soluia propus prin lucrarea de fa,obinerea de energie prin anihilri de antiparticule,
face posibil realizarea cerinei de a extrageenergia ntreag din interiorul materiei.
Acest lucru se realizeaz practic prinaducerea unei perechi particul-antiparticul unalng alta, la o distan suficient de mic de la careele s se poat atrage reciproc i anihila.
Pentru a crete randamentul reaciei deanihilare, (numrul de particule anihilate din totalulcelor existente), putem accelera particulele iantiparticulele dup care s le trimitem ntr-o
camer pentru ciocnire i anihilare la energiiridicate.
Dac utilizm electroni i pozitroni pentrureacia de anihilare, se va obine energie purtat de
fotoni de tip gama.
n acest caz pentru a preveni o posibildecdere a fotonilor obinui (desfacerea lor cu
recompunerea de electroni i pozitroni), pentrunceput antiparticulele utilizate trebuiesc ciocnitela viteze i energii sczute, pentru ca fotoniirezultani s aib fiecare energii mici care s nu le
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
35/80
35
permit disocierea prin recompunerea unuielectron i a unui pozitron.
La pasul imediat urmtor se vor testaenergiile optime ale antiparticulelor utilizate pentrucare se poate obine un randament maxim alreaciei de anihilare.
E necesar ca antiparticulele s sentlneasc pentru a se anihila reciproc i srezulte fotoni gama ct mai stabili.
4. CONCLUZII
Energia obinut prin fisiune nuclear areprezentat un ru necesar. Ea a prelungit viaa
hidrocarburilor i a evitat o criz energeticmajor.
Chiar i aa, n condiiile unui adevratrzboi actual de nmulire a energiilor alternative,(reacia de fuziune nuclear controlat, la rece saula cald, abia acum fiind s zicem bine pus lapunct, dei nu nc total), energiile obinute prinarderea hidrocarburilor tot mai reprezint 2/3 din
total.La o asemenea rat de utilizare petrolul se
va epuiza n aproximativ 40 ani. Va trebui s negrbim cu implementarea tot mai larg a energiilorregenerabile.
Lucrarea prezentat aduce n discuiecteva noi posibile surse de energie, unele ce-idrept puin cam exotice, din care selectndserios ne vom opri n mod special la cele propusela paragrafele (3.5.) i (2.9.).
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
36/80
36
Acceleratoarele de particule pe Pmntsunt abia la nceputul vieii lor i deja prezint omulime de utilizri (studiul particulelor elementarei a fenomenelor nucleare, producerea de diverseparticule pentru diferite domenii, unele utilizate i
n medicin, obinerea de energie pentru ntreagaplanet 3.5., dezvoltarea zborurilor reale n viitor[4], etc).
BIBLIOGRAFIE
[1] EWEA Executive summary "Analysisof Wind Energy in the EU-25" (PDF). European WindEnergy Association.http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/d
ocuments/publications/WETF/Facts_Summary.pdfEWEA Executive summary. Retrieved 2007-03-11.
[2] Massachusetts Institute ofTechnology (2010, September 13). Funneling solarenergy: Antenna made of carbon nanotubes couldmake photovoltaic cells more efficient. ScienceDaily. Retrieved September 21, 2010, fromhttp://www.sciencedaily.com/releases/2010/09/100912151548.htm
[3] "Towards Sustainable Productionand Use of Resources: Assessing Biofuels". UnitedNations Environment Programme. 2009-10-16.http://www.unep.fr/scp/rpanel/pdf/Assessing_Biofuels_Full_Report.pdf. Retrieved 2009-10-24.
[4] Petrescu, F. New Aircraft. COMEC2009, Braov, ROMANIA, 2009.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
37/80
37
La steaua care-a rsrit
E-o cale-att de lung,
C mii de ani i-au trebuit
Luminii s ne-ajung!
Poate de mult s-a stins cndva
n deprtri albastre,
Lumina ei abia acum
Lucii vederii noastre.
Icoana stelei ce-a muritncet pe cer se suie,
Era pe cnd nu se zrea,
Azi o vedem, i ... nu e.
(Mihai Eminescu-La steaua)
OBINEREA DE ENERGIE DE ORIGINEEXTRATERESTR
O variant mult discutat ar fi obinerea deenergie concentrat captat direct de la soare itransmiterea ei tot concentrat pn la lun, dupcare ea ar urma s fie distribuit disipat pe pmnt,pentru a nu ne pune n pericol.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
38/80
38
Idea ar putea porni de la faptul c npreajma unei stele (a unui soare) energia emanateste extrem de mare, ns ea se transmite radial petoate direciile la distane foarte mari, disipndu-setot mai mult odat cu deprtarea de sursa deorigine.
Energia lng soarele nostru este enormiar pe pmnt mai ajunge doar o frm din ea.Chiar i aa dac am capta doar cteva procentedin toat energia disipat ce cade pe planeta
noastr am avea tot necesarul vieii de pe Terra ichiar i o rezerv suplimentar.
Problema este c randamentul captrii eipe pmnt este oricum foarte mic din cauza diluriii a mprtierii ei.
Din aceste motive s-a gndit posibilitateacaptrii ei direct de la surs.
Steaua Eta Carina emitei lumin concentrat subforma unor laseri uriai
n figura de deasupra se poate urmriimaginea (stilizat) a unei stele ultra energetice,Eta Carina, care emite lumin i energie
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
39/80
39
concentrat, la distane foarte mari, sub formaunor laseri naturali.
Dac o stea poate s transmit cantitiuriae de energie i lumin natural la distane
foarte mari, concentrate, atunci i noi putem faceacest lucru, cu tehnologiile de care dispunem laora actual pe Terra.
Pentru nceput ne propunem s urmrimhaloul solar (vezi figura urmtoare).
Haloul solar
n figur este prezentat o poz a halourilorsolare din sistemul nostru.
Se vede clar c pe Terra mai ajunge doarcam al patrulea halou din punct de vedere alintensitii sale.
Exist i un al cincilea halou i mai disipatcare abia mai atinge planeta Jupiter, i se dilueaz
foarte mult pe Saturn.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
40/80
40
De la Uranus mai departe frigul intunericul sunt stpne.
O eventual colonizare i teratizare arputea fi gndit n viitorul apropiat cel mult pentruJupiter i Saturn, iar acum imediat putem ncepedeja s construim baze umane pe Marte i Ceres.
Construcia unui sistem de captare de
energie concentrat direct de lng soare i deaducere a ei pe pmnt ar putea fi realizat n maimulte variante.
Dat fiind faptul c planetele nu sunt ngeneral aliniate pe o raz (ca n fotografia din
figura 3), e mai bine pentru nceput s ncercm
captarea de energie concentrat chiar pe un satelitartificial construit de noi, care s aib o poziie
foarte apropiat de soare gravitnd pe o orbitastfel aleas nct s pstreze ciclul de gravitaie alTerrei n jurul Soarelui (un an), satelitulmeninndu-se permanent pe raza Soare-Terra.
El trebuie s fie rezistent la temperaturile
foarte ridicate.
Satelitul va capta energie concentrat delng Soare i o va transforma n LASERI puternici,pe care-i va proiecta (transmite) ctre un alt satelitartificial ce va gravita n apropierea pmntului i aLunii.
Satelitul ce preia energia concentrat vaavea fie rolul de a o redistribui diluat direct peTerra prin mai multe canale sub form de
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
41/80
41
microunde, fie va retransmite energia totconcentrat pe Lun, urmnd ca aici s fie stocati apoi retransmis sub form diluat pe planetanoastr (Maseri multipli).
Satelitul de lng Terra (care preia energiaconcentrat transmis de cellalt satelit poziionatlng Soare) trebuie s fie situat cam tot pe razaSoare-Pmnt, astfel nct raza LASER dintre ceidoi satelii s nu ating niciodat planeta noastr(nici mcar tangenial).
Dac el va retransmite energia direct peTerra nu mai sunt alte condiii suplimentare depoziionare a sa. n schimb dac el va retransmiteenergia sa concentrat pe Lun atunci va trebui s-o
fac intermitent, numai atunci cnd vectorul dintreel i lun nu intersecteaz Pmntul absolut deloc.
Energia va putea fi stocat pe lun i va fiapoi transmis intermitent sau chiar permanent pePmnt prin mai multe canale, sub o form multdiluat (canale multiple de microunde, de energieredus fiecare).
n acest scop vor fi construite pe Lun bazeumane automatizate, multiple.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
42/80
42
Cercettorii de la Universitatea din Leeds au
descoperit indicii noi privind originile vieii pe
Pmnt.
Un compus obscur, cunoscut sub numele de
pyrophosphit ar fi putut fi o surs de energie care a
permis prima form de via de pe Pmnt.
Exist mai multe teorii (contradictorii) relativ la
modul n care a aprut viaa pe Pmnt din materia
fr via, cu miliarde de ani n urm - un proces
cunoscut sub numele de abiogenez.
Este ntrebarea clasic cu ce a aprut mai
nti, oul sau gina, ne spune Dr. Terry Kee,
conductorul grupului de cercettori de la
universitatea Leeds. Oamenii de tiin sunt ntr-
un dezacord total, relativ la care proces fiziologicare ntietatea apariiei, replicarea sau
metabolismul. Ei uit ns, c exist i o a treia
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
43/80
43
parte a ecuaiei energia. Tot ce este viu
necesit o surs continu de energie pentru a
funciona.
Aceasta energie este realizat n cadrul i n
jurul corpurilor noastre, n anumite molecule, cea
mai cunoscut fiind * ATP, care transform cldura
de la soare ntr-o form de energie utilizabil
pentru animale i plante.Lanul unei astfel de molecule complexe, arat
ca n imaginea de mai jos i poart denumirea de
Adenosintriphosphat protoniert.
Adenozin-5'-trifosfat (ATP) este un nucleotid
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
44/80
44
multifunctional utilizat n celule ca o coenzim.
Acesta este adesea numit "unitatea molecular a
monedei" de transfer de energie intracelular. ATP
transport energie chimic n i ntre celule pentru
metabolism. Este produs de photophosphorylation
i de respiraia celular i folosit de enzime i
proteine structurale n multe procese celulare,
inclusiv n reaciile de biosintez, motilitatea, idiviziunea celular. O molecul de ATP conine trei
grupuri de fosfat, i este produs de sintetaza ATP
din fosfatul anorganic i adenozinul-difosfat (ADP)
sau adenozinul monofosfat (AMP).
Procesele metabolice care utilizeaz ATP casurs de energie se transform napoi n
precursorii ei. ATP, prin urmare, este n continu
reciclare n organisme: corpul uman, care conine,
n medie, 250 de grame de ATP, transform din nou
n ATP, tot ce depete propria greutate, n
fiecare zi.
ATP este folosit ca un substrat n cile de
transducie a semnalului de kinaze (fosforila
proteine i lipide, precum i de guanilat ciclaz),
care folosesc ATP-ul pentru a produce al doilea
ciclu de molecule mesager AMP. Raportul dintre
ATP i AMP este folosit ca o modalitate pentru o
celul, pentru a sesiza de ct energie este
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
45/80
45
disponibil, i pentru a controla cile metabolice
care produc i consum ATP. n afar de rolurile
sale n metabolismul energetic i de semnalizare,
ATP este, de asemenea ncorporat n acizi nucleici
de ctre polimeraze, n procesele ADNului de
reproducere i transcriere.
Structura acestei molecule const ntr-o baz
purinic (adenina) ataat la un atom de carbon 1al unui zahr pentos (riboz). Trei grupuri de fosfat
sunt ataate la un atom de carbon 5 de zahr
pentos. Este adugarea i eliminarea acestor
grupuri de fosfat care inter-convertesc ATP, ADP i
AMP. Cnd ATP este utilizat n sinteza ADN-ului,zahrul riboz este primul convertit la dezoxiriboz
de ctre ribonucleotidele reductaz.
ATP a fost descoperit n 1929 de Karl Lohmann,
dar structura sa nu a fost corect stabilit dect
civa ani mai trziu. ATP a fost propus ca fiind
principala molecul de transfer de energie n
celul, de Fritz Albert Lipmann n 1941. ATP-ul a
fost sintetizat n mod artificial pentru prima oar de
Alexander Todd n 1948.
n orice moment, corpul uman conine doar
250g de ATP aceast doz ofer aproximativ
aceeai cantitate de energie ca o singur baterie
AA.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
46/80
46
Acest magazin ATP este utilizat n mod
constant i regenerat n celule printr-un proces
permanent cunoscut sub numele de respiraie,
care este condus de nite catalizatori naturali
numii enzime.
Cu alte cuvinte, avem nevoie de enzime pentru
producerea de ATP, i de ATP pentru fabricarea de
enzime."ntrebarea este: de unde a venit energia, mai
nainte ca oricare dintre aceste dou lucruri (ATP
i enzimele, care o produc) s existe? Noi credem
c rspunsul se afl n moleculele simple, cum ar fi
pyrophosphitul chimic, care este foarte similar cuATP, dar are potenialul de a transfera energie fr
necesitatea prezenei enzimelor." Aceste molecule
simple arat clar faptul c enzimele i dublul
proces sunt rezultatul unei evoluii superioare, n
timp. Plecarea s-a fcut numai cu energie i
molecule simple, care apoi au evoluat,
complicndu-se.
pentru proprietile baterie - cum ar fi
att ATPul ct i pyrophosphitul, , un
element esenial pentru toate lucrurile vii. Nu
numai c fosforul este componenta activ a
ATPului, dar el realizeaz de asemenea coloana
vertebral a ADN-ului i este important n structura
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
47/80
47
pereilor celulelor. Altfel spus, construcia celulelor
de baz care alctuiesc toat materia vie, se
bazeaz pe un element cheie, i anume fosforul.
Dar, n ciuda importanei sale pentru via, nu
este nc pe deplin neles modul n care fosforul a
aprut pentru prima dat n atmosfera noastr. Una
dintre teorii este c a fost coninut n mulii
meteorii care s-au ciocnit cu Pmntul cu miliardede ani n urm.
Fosforul este prezent ntr-adevr n mai multe
minerale meteoritice i este posibil ca acestea s fi
reacionat pentru a forma pyrophosphite, n
condiiile acide vulcanice de pe Pmntultimpuriu, a adugat Dr. Terry Kee.
Descoperirile, publicate n revista Chemical
Communications, sunt primele care s sugereze
c pyrophosphit ar fi fost relevant n trecerea de la
chimia de baz la biologia complex atunci cnd
viaa de pe pmnt a nceput. Deoarece
completnd aceste cercetri, Dr. Kee i echipa sa
au gsit chiar i dovezi suplimentare pentru
importana acestei molecule, se sper acum ca
echipa sa mpreun cu cercettori de la NASA s
reueasc s investigheze i rolul complet al ATP n
bio genez.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
48/80
48
sunt organite celulare ntlnite n
toate tipurile de celule. Ele mai sunt denumite i
uzine energetice, fiindc ele conin enzimele
oxido-reductoare necesare respiraiei.
Respiraia produce energia necesar
organismelor, iar aceast energie este
nmagazinat n moleculele de ATP.
Mitocondriile au forma unor vezicule alungite, suntorganite sferice, ovale sau sub form debastonase, care sunt formate dintr-o membrandubl, un sistem de cisterne i tubuli i strom(matrice). Mitocondriile sunt compuse din:
nveli
membran extern neted
membran intern pliat, ce formeaz prininvaginri care ptrund n strom fra o compartimenta complet, mrindu-i
foarte mult suprafaa. Pe mebrana internse observ nite granule n care suntacumulate anumite enzime care intervin nprocesele energetice ale celulei.
Mitocondriile au material genetic propriu -
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
49/80
49
ADN-ul mitocondrial - care conine informaia
genetic necesar pentru sinteza enzimelor
respiratorii.
Genetica mitocondriei umane reprezint studiul
de genetic a ADN-ului coninut n mitocondrii
umane. Mitocondriile sunt structuri mici coninute
n celule, care genereaz energie util pentru
celul, fapt pentru care sunt menionate ca fiindgeneratorul energetic al celulei.
ADN-ul mitocondrial (mtADN) nu se transmite
prin intermediul ADN-ului nuclear (nDNA). La om,
ca i la cele mai multe organisme multicelulare,
ADN-ul mitocondrial este motenit numai de laovulul mamei (deci numai de la mam).
Motenirea mitocondrial este, prin urmare,
non-mendelian, o motenire mendelian
presupunnd ca fiecare jumtate din materialul
genetic al unui ovul fertilizat (zigotul) s provin de
un printe diferit.
Optzeci la sut din codurile ADN-ului
mitocondrial pentru proteine mitocondriale
funcionale, i prin urmare cele mai multe mutaii
de ADN mitocondrial duc la probleme funcionale,
care se pot manifesta ca tulburri musculare
(miopatii).
nelegerea mutaiilor genetice care afecteaz
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
50/80
50
mitocondriile ne poate ajuta s nelegem
mecanismele (energetice) interne ale celulelor i
organismelor, precum ne pot i sprijini pentru a
sugera metode terapeutice noi de succes pentru
esutul muscular i pentru clonarea de organe, i
pentru tratamentul multor tulburri musculare
devastatoare.
Deoarece acestea ofer 36 molecule de ATP pemolecula de glucoz, n contrast cu cele 2
molecule ATP produse de glicoliz, mitocondriile
sunt eseniale pentru toate organismele superioare
pentru susinerea vieii.
Bolile mitocondriale reprezint de fapt cauzabolilor i a dereglrilor genetice, care afecteaz n
special ADN-ul mitocondrial; micile probleme cu
una dintre numeroasele enzime utilizate de
mitocondrii pot fi devastatoare pentru celul, i la
rndul su, pentru ntregul organism. Altfel spus, o
problem minor manifestat la nivelul
mitocondriilor, se poate resimii devastator la
nivelul celulei, iar mai departe prin amplificare la
nivelul ntregului organism.
Aceste dereglri reprezint n fapt mutaiile
genetice, ce se transmit mai departe i la urmai.
Energia transmis de mitocondrii la nivel
celular este vital pentru organism; atunci cnd ea
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
51/80
51
scade producndu-se oboseala i mbtrnirea
organismului, iar la epuizarea ei (epuizarea
energiei mitocondriilor, adic atunci cnd ele scad
sub un anumit nivel, prag) intervine moartea fizic
a organismului respectiv.
ATPul i mitocondriile reprezint microuzinele
energetice ale celulelor i organismelor vii. Ele
stau i la baza proceselor energetice i respiratorii.Cu ct vom putea nelege mai bine i controla
aceste procese, probabil vom reui s ne
prelungim viaa, i s ne mbuntim sntatea. n
plus imitnd aceste mini construcii, am putea
capta direct energia solar.
Oamenii au nceput s utilizeze biomasa chiar
din ziua n care strmoii notrii au descoperit foculi l-au folosit imediat pentru gtit.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
52/80
52
La un milion de ani dup apariia lui
, n Africa a evoluat un nou hominid, avnd
creierul mai mare. Mergea numai n poziie biped
i a fost numit , ceea ce nseamn n
limba latin om n poziie vertical. Oamenii din
aceast specie au nvat s foloseasc focul, fapt
care le-a adus mai mult control asupra vieii lor.
Oamenii din specia Homo erectus nu puteau
probabil s aprind singuri un foc. ns ei gseau
focuri aprinse de fulgerele ce loveau iarba uscat.
Se pare c duceau o creang aprins pn lapetera sau tabra lor i apoi aveau grij ca focul
s nu se sting zile ntregi, sau chiar sptmni.
Oamenii speciei Homo erectus au descoperitc plantele i carnea erau mult mai gustoase dac
erau gtite la foc, astfel c au nceput s-i
gteasc mncarea. Mncarea gtit este mai uor
de mestecat. Astfel, consumnd mncare gtit,
dinii i flcile lor s-au micorat treptat. Mncndmai mult carne, trupurile lor au devenit mai
puternice i mai nalte, iar creierele lor au evoluat
devenind mai mari.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
53/80
53
Focul i asigura lui Homo erectus cldura peste
noapte. Era folositi ca arm de aprare mpotriva
animalelor periculoase, crora le era fric de
flcri.
Avnd un foc aprins, oamenii puteau s vadi
noaptea. Astfel c ei nu erau nevoii s se culce la
apusul soarelui, spre deosebire de primii hominizi,
i puteau s lucreze i noaptea.
Oamenii speciei Homo erectus au folosit focul
la furirea unor unelte mai bune. Au furit din
pietre expuse la cldur unelte numite topoare de
mn, care aveau muchii foarte ascuite.
Focul oferea un loc unde oamenii puteau s
stea mpreun. Puteau astfel s-i fac un cmin
oriunde, ncepnd s se stabileasc ntr-o mulime
de locuri diferite. Treptat, au nceput s serspndeasc tot mai departe de Africa.
n acest fel focul s-a rspndit pe toat planeta
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
54/80
54
noastr.
Practic biomasa este utilizat de atunci i pn
n prezent.
Biomasa nu poate fi eliminat imediat, aa cum
i doresc unele persoane, din simplul motiv c
reprezinti azi un procent energetic foarte mare,
i pentru moment omenirea fiind n plin dezvoltarei expansiune i crete permanent consumurile
energetice, fr ca noile surse energetice aprute
s aduc procente semnificative, i asta n
condiiile n care rezervele petroliere sunt pe cale
de dispariie.Dei nu s-a spus, i nu se comunic oficial, din
1970 planeta noastr a intrat ntr-o semicriz
energetic, cu sincope, cu creteri i descreteri,
rezolvat local, parial, dar nu definitiv. Cea mai
mare cretere energetic procentual de atunci i
pn acum s-a realizat prin energia nuclear de
fisiune (19-20%), i prin biomas (circa14%).
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
55/80
55
Energetica nuclear i biomasa au reuit spreia astfel mpreun circa 33-34% din consumul
energetic mondial.
Ambele sunt surse energetice sustenabile,
independente (biomasa fiind i regenerabil n
totalitate).
Ct au adus celelalte surse adugate, crescute
(chiar forat) n permanen? n general sub 1-1,5%,
iar dup circa 40 ani de cretere susinut a lor, de
implementare n for, au reuit n 2008-2010 uncolosal . Da, dar cu ce costuri? Cu ct
munc? Cu ct trud i eforturi? i chiar i aa,
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
56/80
56
inginerete tot ce este sub 3-5% se consider o
eroare neglijabil. S judecm drept! Am trecut
peste criza energetic (sau prin ea) i nu doar
energetic, doar datorit celor dou soluii
suplimentare, care ne-au produs n plus circa 33-
34% din energiile totale consumate, aducnd astfel
o real economie energetic (inclusiv n cea ce
privete rezervele de petrol i gaze naturale).
Dar 33-34% reprezint exact o treime din
consumul energetic total. Dac cretem n
continuare aceste dou surse pn la dublu (67%),
fapt care se poate realiza cu uurin, putem apoi
s stm linitii. Consumul de produse petroliere va
scdea drastic (viaa tuturor rezervelor petroliere
se va lungi foarte mult), independena noastr
energetic va fi asigurat pentru foarte mult timp,
i vom putea n linite (i nu sub presiune), s
realizm noi proiecte energetice (de orice fel).
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
57/80
57
Pentru a realiza proiecte i strategii energetice
pe termen lung, avem nevoie i de timp, i delinite.
Biomasa nu este de fapt nimic altceva dect un
cuvnt nou atribuit s desemneze toat masa
biologic existenti care poate fi creat.
Biomasa este tot ce crete, sau se produce, iapoi poate fi ars. Se excepteaz petrolul, gazele
naturale i crbunele, care au fost create n
decursul multor milenii, chiar dac i ele sunt de
fapt tot o biomas.
Biomasa are actualmente i sensul de materie
productoare de energii regenerabile, i sub acest
aspect rezervele petroliere i carbonifere nu pot fi
considerate regenerabile i deci nici biomas.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
58/80
58
Biomasa ia multe forme; enumerm cteva
dintre cele mai cunoscute: lemn, paie trestiebambus i papur, fn uscat, coceni i pnue de
porumb, culturi de verdeuri uscate inclusiv ierburi,
deeuri biologice, achii de lemn, deeuri de hrtie,
reziduuri organice din prelucrarea produselor
alimentare, uleiuri vegetale, alge marine uscate,plantaii de tutun, uleiuri extrase din arahide, etc.
Biomasa poate fi crescut
pentru ca apoi s fie ars
(utilizat pe post de
combustibil).
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
59/80
59
n acest caz este preferabil s alegem plante
care atunci cnd ard s aib o valoare a puterii
calorice ct mai ridicat, s creasc ct mai
repede i sau ct mai mult, s necesite ct mai
puin fertilizare i irigare, cultura respectiv s
coste ct mai puin, i pe ct posibil s nu ocupe
suprafee prea mari n detrimentul culturilor
agricole (reducnd astfel terenurile destinatehrnirii populaiei).
Energiile clasice reprezint pentru moment dar
i pentru viitorul imediat o rezerv comod, sigur,
i la ndemn. Biocombustibilii vor fi folosii din cen ce mai mult, aa cum am fcut-o din cele mai
vechi timpuri, atta vreme ct nu reuim s
descoperim o energie alternativ suficient, ieftin,
comod, direct, regenerabil, nepericuloas,
nepoluant, etc.
Gazele, continu s fie o rezerv natural
strategic a planetei. Indiferent dac sunt asociate
cu rezervele de petrol, sau se gsesc n zcminte
separate, ele au jucat un rol esenial n ultimii circa
150 ani i vor fi la fel de importante i pe viitor.
Dac la nceput erau tratate cu dispre, utilizndu-
se numai petrolul, ele fiind arse sau pur i simplu
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
60/80
60
mprtiate n atmosfer, astzi gazele sunt
utilizate att industrial ct i pentru nevoile
menajere. Ar fi bine s le ardem numai pentru gtit
i nclzirea s-o facem electric sau n alt mod
pentru a le consuma n cantiti mai mici i a le
proteja i conserva pentru mai mult timp, ne
gndim noi toi de cele mai multe ori; da, dar dac
curentul electric provine nu de la noile tehnologiienergetice (solare, eoliene, etc), sau de la
hidrocentrale, sau centrale electrice nucleare,
atunci curentul electric consumat pentru
protejarea rezervelor de gaze naturale provine de
cele mai multe ori de la gazele arse (sau petrolulars) n termocentrale electrice. n acest caz nu va
rezulta nici o economie de gaze ci dimpotriv o
cretere a consumului real de gaze naturale arse
(datoriti pierderilor de conversie).
Acelai lucru se ntmpl atunci cnd eliminm
un motor clasic pe benzin, motorin sau gaz, i-l
trecem pe hidrogen ori l nlocuim cu unul electric.
Autovehiculul consum curent electric din nite
acumulatori moderni, care se ncarc de la prize
(mai modern direct prin unde electromagnetice,
sau prin alt sistem fr prize i conexiuni).
Curentul este produs n proporie de 66% din
arderea gazelor i sau a petrolului n centralele
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
61/80
61
termice, iar curentul electric solicitat va produce
un consum suplimentar de gaze naturale, oricum
mai mare dect cel de petrol sau gaze pe care l-ar
fi produs motorul clasic de pe autovehiculul
respectiv.
n final n loc de o economie de gaze, am
produs o gaur suplimentar n rezervele
strategice de gaze naturale ale planetei.S presupunem c n loc de motorizarea
electric alegem un motor cu hidrogen care s ia
locul unuia clasic pe hidrocarburi (petrol, gaze).
Energia echivalent (produs pn la urm
majoritar tot din gaze arse) consumat pentruobinerea hidrogenului este mai mare dect
energia donat de motorul termic cu hidrogen,
astfel nct avem deja din start un randament real
nefavorabil gazelor, care se vor consuma
suplimentar prin nlocuirea efectuat. ns lucrurile
nu se opresc doar aici; n cazul hidrogenului, el
trebuie lichefiat i mbuteliat, iar energia
echivalent necesar acestei operaiuni
suplimentare este la ora actual de circa zece ori
mai mare dect cea obinut prin arderea
hidrogenului n motorul termic adaptat.
Altfel spus (mai plastic) prin nlocuirea unui
motor clasic cu hidrocarburi cu unul electric,
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
62/80
62
consumul echivalent (real) de gaze (i sau petrol)
crete de circa 1,3 ori n loc s scad (la scar
planetar), iar dac motorul clasic se va nlocui cu
unul pe hidrogen atunci consumul de gaze (sau
hidrocarburi arse) va crete de circa 11,3 ori.
Pentru ca s putem introduce ct mai multe
motoare electrice, cu un randament real, i cuscderea consumului efectiv de hidrocarburi la
scar planetar, este necesar scderea
procentelor de gaze naturale i petrol utilizate
pentru nclzire i producerea de energie electric,
prin creterea numrului de centrale nucleare, decentrale eoliene, solare, hidro, etc.
Procedurile nu sunt aa uoare cum ar prea la
prima vedere, deoarece, atunci cnd anunm cu
mndrie c a crescut numrul centralelor eoliene i
solare cu circa 30%, aceast cretere se
raporteaz la cele existente, i chiar fr s le mai
punem la socoteal pe cele uzate, o cretere de
30% din cele circa 2-3 procente de regenerabile
noi existente nseamn o cretere real anual
absolut a ponderii planetare a noilor energii
regeneabile de la 2-3% la 2,7-4%, adic o cretere
n termeni reali a noilor energii de 0,7-1%, care ar
nsemna foarte puin n condiiile meninerii
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
63/80
63
consumului planetar constant. Dac consumul
planetar ar fi constant cu o cretere anual de
circa 0,7% noile energii ar putea s le nlocuiasc
pe cele obinute din arderea hidrocarburilor n
circa 95 ani, iar pn atunci acestea s-ar putea
epuiza cu mult nainte, planeta i omenirea intrnd
astfel ntr-o criz extrem de grav, care nu ar mai fi
doar energetic.S-ar pune efectiv problema supravieuirii, a
ntoarcerii la peteri, a unor rzboaie pentru
exterminarea rasei umane, care i aa nu st pe loc
ci se nmulete permanent solicitnd tot mai multe
resurse planetare inclusiv energetice.Problema este mult mai serioas dect pare la
prima vedere, deoarece consumul energetic al
planetei nu staioneaz nici el ci crete cu circa 1-3
procente anual.
O cretere a consumului energetic anual al
planetei de numai 0,7-1% anuleaz automat
creterea noilor regenerabile, iar creterea
suplimentar de consum energetic face ca de fapt
noile regenerabile s scad anual n pondere
planetar, ajungnd de la 4-5% la 2-3% i probabil
chiar mai jos pe viitor, spre uimirea celor care
ateptau s le vad crescnd efectiv deoarece sunt
tot mai multe.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
64/80
64
Soluia evident este ca noile regenerabile s
creasc anual ntr-un ritm i mai rapid, cel puin
prin dublarea lor anual, adic raportat la nivelul
lor s sufere o cretere anual nu de 30% ci de
minim 100%.
Astfel putem pune planeta pe un fga normal,
pornind evident de la noi energii regenerabile,nepoluante.
Separat vom utiliza n continuare i
biocombustibilii din ce n ce mai mult, dar i noi
centrale energetice nucleare alturi de cele vechi
existente.E bine s cretem i centralele hidro acolo
unde mai este posibil.
Orice nou surs energetic e bine venit!
Se anun permanent descoperirea unor noi
zcminte de gaze naturale dar i de petrol.
Toate trebuiesc luate serios n calcul,
raionalizate, consumate imediat, ori conservate
strategic pentru a fi consumate ceva mai trziu.
Nici o rezerv descoperit nu trebuie abandonat
sau desconsiderat. Cel puin pentru moment nu ne
putem permite a desconsidera rezervele clasice de
energie.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
65/80
65
Ce-i n mn nu-i minciun!
Industria gazelor a trecut ntr-o nou etap, cea
a exploatrii resurselor neconvenionale. Acestea
au transformat SUA n cel mai mare productor de
gaze din lume. Estimrile instituiilor de profil arat
c rezervele de gaze ale omenirii sunt de fapt cu
peste 40% mai mari dect se tia pn acum,datorit resurselor neconvenionale.
Nu degeaba gazul natural este numit aurul
albastru". La fel ca i ieiul, n cazul cruia
sinonimul aurul negru" nu mai mir pe nimeni,gazele au devenit vitale pentru civilizaia uman. n
trecut, marile explorri vizau descoperiri de petrol
i, de multe ori, cnd se gseau doar gaze,
dezamgirea era profund, iar gazele erau arse
pur i simplu n atmosfer fr nici-un rost. Astzi
se aloc miliarde de euro pe explorri i de zeci de
ori mai mult pentru extracia de gaze.
ns industria a evoluat att de repede, nct
era gazelor tradiionale a fost depit i acum se
extrag deja resurse declarate neconvenionale.
Gazele neconvenionale sunt de fapt tot gaze
naturale, ns sunt extrase din roci dure i greu de
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
66/80
66
explorat. Prin urmare, spre deosebire de sondele
verticale clasice, noua categorie de resurse are
nevoie de o alt tehnologie.
SUA, lider mondial n producia de gaze
n ultimii ani, americanii au luat un avans
considerabil n aceast zon i au dezvoltatechipamente care par de domeniul SF-ului.
Practic, sondele, dup ce strpung vertical
solul, sunt introduse orizontal n straturi adnci de
roci tari.
Acolo sunt produse fisuri unde se strng
gazele, care sunt apoi colectate i aduse la
suprafa.
Tehnologia de ultim generaie permite
extracia din isturi bituminoase, din argil, din roci
nisipoase i din straturi de crbune.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
67/80
67
Se vorbete tot mai des despre gazele de ist,
cum sunt denumite aceste noi rezerve ultra-
strategice (deoarece se extrag i din isturile
bituminoase).
Oricum ar fi ele vin s mai lungeasc viaa
rezervelor energetice tradiionale. Este o bul de
oxigen pentru omenire, deoarece n intervalul de
timp ctigat putem ncerca i pune la punct noitehnologii energetice.
n 2003, Consiliul Naional de Petrol din SUA
estima c America de Nord ar putea avea rezerve
de 1,1 trilioane de metri cubi de gaze de ist. nacest an, institutul Advanced Resources
International din SUA arta c de fapt acolo ar
putea fi de 50 de ori mai multe resurse.
n luna aprilie, Administraia pentru Informaii
Energetice din SUA a emis un raport potrivit
cruia, din anul 2000 ncoace, dezvoltarea
sectorului resurselor neconvenionale a relevat c
rezervele de gaze ale omenirii sunt de fapt cu
peste 40% mai mari dect se tia pn acum.
Deja, Canada a descoperit gaze de ist, adic
gaze neconvenionale, n Apalai i n Columbia
Britanic.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
68/80
68
n Polonia se pare se afl cele mai mari
zcminte de gaze de ist din Europa, fiind
estimate la 5.300 de miliarde de metri cub.
Iar n Ucraina rezervele de gaz de ist se ridic
se pare la cel puin 30 de trilioane de metri cubi.
O IDEE NDRZNEA
Planeta noastr conine n interiorul ei o
cantitate uria de energie. Se presupune chiar c
mergnd ctre interiorul planetei, tot mai adnc,ajungem la zone tot mai fierbini adic la zone
vulcanice, vulcanii fiind o manifestare de suprafa
de tip supap a materiei din interiorul planetei
noastre. Cnd se acumuleaz o cantitate mult prea
mare de energie i materie, de gaze i lav
incandescent, presiunea uria suplimentar
trebuie eliminat ctre exterior, fapt ce se produce
prin nite supape, de forma unor vulcani, activi
(sau inactivi dar cu posibilitatea reactivrii lor).
Putem capta, fr a aduce daune planetei
mam pe care locuim toi, o parte din aceast
energie, cel mai simplu prin supapele-vulcani
existente. Ar fi posibile i alte metode care
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
69/80
69
presupun ns eforturi mult mai mari, de a ptrunde
mult mai adnc n interiorul planetei noastre pentru
a ncerca extragerea de energie din adncul ei.
Pot fi imaginate mai multe moduri de a capta o
parte din energia interioar a planetei noastre.
O modalitate simpl de exploatare a vulcanilor
pentru nclzirea apei circulate prin nite evi
speciale trecute prin zonele calde ale vulcanilor afost deja descris anterior.
O alt posibilitate ar fi transformarea cldurii
din interiorul vulcanilor direct n energie electric,
care apoi s fie captat, stocati distribuit (mult
mai simplu dect apa cald, dar i cu un randamentenergetic mult superior).
Se pot imagina i alte procedee de extragere
de energie termic sau electric din interiorul
vulcanilor.
Dei sunt foarte poluani, crbunii mai trebuie
utilizai o vreme, menajer (n sobe sau centrale
particulare) ori chiar n termocentrale mici, medi
sau mari, pentru a mai lungi viaa petrolului i a
rezervelor de gaze naturale, pn cnd vom realiza
un sistem de energii regenerabile suficient de mare
la nivel planetar.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
70/80
70
Expresia conform creia fotonii de la soare se
transform n electroni, n celulele fotovoltaice sau
cum c ei ar putea produce (fabrica) electroni
liberi (dinamici) este total greit.
Ea se folosete uneori (rapid) chiar i de ctrespecialiti din domeniile respective.
n realitate fotonul lovete un atom de materie
(substan) i cedeaz n cele mai multe cazuri
toat energia sa (sau o mare parte din ea) atomuluirespectiv, reuind n cele mai multe situaii s
elibereze un electron din norul atomului respectiv.
n funcie de energia pe care o are fotonul
incidenti de tipul atomului lovit, pot avea loc mai
multe feluri de fenomene n urma ciocnirii.
Probabilitatea absorbiei fotoelectrice pe
unitatea de mas a materialului iradiat este
proporional cu E3/Z3, unde Z este numrul atomic
al materialului i E este energia fotonului incident.
n consecin absorbia fotoelectric crete
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
71/80
71
proporional cu cubul energiei fotonului incident i
invers proporional cu cubul numrului atomic.
Cu ct fotonul are energie mai mare iar atomii
fotovoltaicelor au mas atomic mai mic, crete
probabilitatea realizrii absorbiei totale a fotonului
incident.
Fotonul dispare i i cedeaz ntreaga sa
energie atomului lovit. De regul fotonul lovete
(interacioneaz cu) norul electronic din jurul
atomului, producnd eliberarea unui electron ce se
rotea n jurul nucleului atomic pe o anumit raz(dat de un anumit nivel cuantic).
Electronul eliberat primete toat energia
fotonului incident, o parte din ea rupnd energia de
legtur a electronului n atom, iar restul
producnd creterea energiei cinetice a
electronului eliberat.
n general mai mare este energia cinetic
adugat, cea de legtur cu atomul fiind mai
redus.
Energia de legtur a electronilor cu nucleul
atomului este de ordinul electronvolilor, i depinde
de numrul atomic Z i de numrul cuantic n.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
72/80
72
Energia de legtur a unui electron pe stratul K
(cel mai apropiat de nucleu) crete cu creterea
numrului atomic Z.
Exemplu: energia de legatur a atomului de
Hidrogen pentru stratul K este de 14 eV, dar crete
la 88 keV n cazul Plumbului (i ajunge la circa 100
keV pentru metalele grele).
Locul electronului eliberat de pe un strat este
ocupat automat de un alt electron situat n atom pe
nivelul energetic imediat superior, datorit faptului
c dup pierderea unui electron atomul se excit
iar electronul situat pe nivelul energetic imediatsuperior are tendina de a tranzita ctre nivelul
energetic mai mic i mai stabil, elibernd la rndul
lui un alt nivel energetic.
Se produce o nou excitare a atomului, i
procesul continu pn cnd se ocup toate
nivelele energetice ale atomului, refcndu-se
astfel natural norul electronic al atomului
respectiv.
Ultimul loc capteaz un electron liber, din
mediu. Se reface astfel echilibrul atomului n mod
natural.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
73/80
73
Electronul care a fost smuls atomului pornete
cu vitez pe o traiectorie dat de legea conservrii
impulsului (i a energiei).
Fiind mai muli electroni eliberai din atomi,
accelerai de un cmp electric (de un potenial
electric) se formeaz un curent electric.
Cum fotonii incideni din spectrul luminos vizibil(4,34*1014-6,97*1014 [Hz]), avnd energia cuprins
n domeniul (1,795-2,883 [eV]) nu ar putea rupe nici
mcar un electron al unui atom de hidrogen, fotonii
incideni trebuie s aib frecvene mai ridicate
(energii mai mari) pentru a putea rupe electroniatomici.
Sistemele clasice de panouri cu celule
fotovoltaice nu reueau, cu toate mbuntirile
realizate de-a lungul timpului, s dea un randament
considerat de 100%, la care numrul de electroni
eliberai s-l egaleze pe cel al tuturor fotonilor
incideni.
Foarte recent s-a realizat un nou sistem de
panouri fotovoltaice care reuesc s extrag cte
unul sau chiar doi electroni pentru fiecare foton
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
74/80
74
incident.
Se realizeaz astfel n mod efectiv mai muli
electroni (n curentul fotoelectronic produs) dect
numrul de fotoni incideni.
Mecanismul pentru producerea unei eficiene
cuantice de peste 100 la sut, cu fotoni solari, se
bazeaz pe un proces numit generaia excitonilor
multipli (MEG), prin care un singur foton de mare
energie absorbit n mod corespunztor poateproduce mai mult de un electron eliberat din
reeaua atomic (pe foton absorbit).
Omul de tiin Arthur J. Nozik a prezis pentru
prima dat ntr-o publicaie din 2001, c sistemul
MEG ar putea deveni mai eficient n industria
semiconductorilor n puncte cuantice dect n
semiconductorii vrac.
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
75/80
75
Punctele cuantice sunt cristale mici de
semiconductoare, cu dimensiuni n nanometri (nm)
interval de 1-20 nm, unde 1 nm este egal cu o
miliardime dintr-un metru.
La aceste dimensiuni extrem de mici, sistemul
are efecte dramatice asupra semiconductorilor
(conform teoriei fizicii cuantice).
Vezi:
http://www.sciencemag.org/content/334/6062/1530)
Pentru fotoni incideni de frecvene ridicate (cu
energii ce depesc 1MeV/foton incident) ar puteaavea loc ntr-adevr decderea fotonului ntr-o
pereche electron-pozitron (procesul invers
fenomenului de anihilare), fapt ce ar putea permite
s declarm c fotonul incident s-a transformat
ntr-un electron (i nc ceva).Dar chiar i pentru fotoni incideni de
asemenea energii ridicate, decderea estre rar,
ea putndu-se produce doar atunci cnd fotonul
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
76/80
76
incident pe atom trece de (strpunge) norul
electronic al atomului i lovete exact nucleul
atomului, nimerind fie un proton ori un neutron,
lovind deci un nucleon atomic; se produce aici
fenomenul de decdere al fotonului (inversul
anihilrii), perechea pozitron-electron (ce se nate
din energia fotonului incident care se transform)
cazndu-se n cadrul nucleonului respectiv, cruianu i se va schimba sarcina, dar i va crete
nesemnificativ masa.
Att efectul fotoelectric (demonstrat pentru
prima oar de Einstein) cti formarea de perechi(decderea fotonului), reprezint un fenomen de
absorbie a fotonului incident de ctre atomul lovit,
fenomen prin care fotonul incident i transfer
ntreaga sa energie atomului (echivalent unei
ciocniri plastice).
Se poate produce nsi efectul de mprtiere
a fotonului incident de ctre atomul lovit.
mprtierea fotonului incident pe un atom
poate fi de dou tipuri (coerent sau Compton).
La mprtierea coerent (Thompson) fotonul
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
77/80
77
emis are aceeai faz (frecven i lungime de
und) cu fotonul incident (ciocnire elastic).
La mprtierea Compton fotonul emis are
frecvena mai sczut comparativ cu fotonul
incident, i evident lungimea de und crete de la
fotonul incident la cel emis (ciocnire elasto-
plastic).
mprtierea Compton apare la interaciuneafotonului cu electronii (slab legai) de pe nivelul
periferic (de valen) al atomului.
O parte din energia fotonului incident este
utilizat pentru eliberarea unui electron de pe
straturile periferice (electron de recul, electronCompton, care preia energia pierdut de foton) iar
fotonul rmas (cu energie mai mic dect a celui
incident) este emis (mprtiat) pe o direcie diferit
de a radiaiei incidente.
Prin pierderea electronului atomul devine
ionizat pozitiv.
Deoarece energia la momentul coliziunii ntre
fotonul incidenti electronul periferic se conserv,
energia i direcia fotonului emis (mprtiat)
depinde de energia transferat electronului de
recul (devine energia cinetic a electronului).
Dac fotonul incident are energie mare
cantitatea de energie pierdut este mic, iar
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
78/80
78
unghiul sub care fotonul emis este mprtiat, este
mic comparativ cu direcia fotonului incident.
Dac energia fotonului incident este mic,
fotonul emis este mprtiat aproape isotropic n
toate cele trei direcii ortogonale ale spaiului.
La energii ale radiaiei X de ordinul a 1MeV
(energii utilizate n radioterapie) mprtierea
fotonilor emii este aproximativ nainte, pe direciafotonului incident.
mprtierea coerent apare cnd un foton de
mic energie excit un atom fr pierdere net de
energie (un exist energie transferat atomului).
Energia fotonului incident este redirecionat pe odirecie uor diferit (energia fotonului reemis este
egal cu a celui incident).
La energia radiaiei X utilizate n
roentgendiagnostic contribuia mprtierii
coerente la interaciunea cu materia este de aprox.
5%. Probabilitatea acestui proces crete odat cu
creterea numrului atomic al atomului implicat Z
i odat cu scderea energiei fotonului incident E.
Se poate observa faptul c din cele patru
fenomene posibile descrise, trei produc apariia de
electroni liberi, i numai unul singur, fenomenul de
mprtiere coerent (Thompson), nu genereaz
electroni liberi (nu elibereaz electroni).
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
79/80
79
SOS!
Dac guvernele tuturor rilor nu vor lua toate
msurile energetice necesare (n for i n mod
constant), riscm s ajungem la o criz energetic
n trepte, care s ating pe rnd diversele ri ale
planetei, cu consecine extrem de grave pentru
umanitate!
-
7/31/2019 Perspective Energetice Globale-Florian PETRESCU Color
80/80
top related