Ръководств за устойчивостта by Chemgeneration

ЖиВоТЪТ В БЪДЕЩЕ устойчиви технологии, които могат да спасят нашето бъдеще образователен комплект | chemgeneration.com

Въведение Уважаеми читатели, Вероятно и вие срещате ежедневно понятието устойчиво развитие, което според мнозина е ключът за оцеляването и бъдещето ни, в което следващите поколения ще имат основна роля. Но терминът устойчивост и стъпките, които трябва да предприемем ние и целият свят, често са неясни дори и за нас, за възрастните. Целта на образователните материали на Chemgeneration, които издава BASF, е да представят изчерпателно методи за устойчиво развитие на езика на младите хора, особено научните открития, които могат да променят градовете на бъдещето, потреблението на енергия и хранителните ни навици или най-общо казано – начина ни на живот. Днешните ученици най-вероятно ще видят тези открития в бъдещето, защото сигурно ще е неизбежно да използват електрически автомобили, да живеят в пасивни къщи или да използват слънчева и вятърна енергия. Вярваме, че училищата и учителите могат да направят най-много за устойчивото развитие, ако представят устойчивостта като ценност за учениците си и повишат интереса им към науките, които, заедно с нововъведенията, ще имат решителна роля за опазването на околната среда и устойчивото развитие. Надяваме се, че младото поколение ще прояви желание да избере научна кариера и ще е мотивирано да работи за постигане на устойчивост в професията си с най-новите научни инструменти.

BASF за образование и устойчивост Целта на BASF е „ Ние създаваме химия за устойчиво бъдеще“. Но какво означава това? Това означава, че като съществена част от обществото компанията ни работи и създава нововъведения, мислейки непрекъснато за принципите и насоките за устойчиво развитие. През 150-годишната история на компанията ни направихме голям брой технологични открития в полза на устойчивото развитие от новаторски материали за по-ефективна употреба на зелена енергия до модерни и екологични части за автомобили. Вярваме, че можем да направим много за устойчивостта с модерни научни методи. Една от целите ни е да популяризираме идеята за устойчивост и науките, които играят важна роля за нея, особено при по-младото поколение, защото ключът към бъдещето ни е в ръцете им. Няколко програми бяха разработени за тях, в които могат да се запознаят лично с вълнуващия свят на науката, а междувременно и да разберат значението на химията за устойчивото развитие на нашия свят.

Пожелаваме ви успешна работа и много заинтересовани ученици.

We create chemistry

Детска лаборатория на BASF Програма за интерактивно обучение, насочена специално за деца на възраст между 6 и 12 години. Предоставя възможност на децата да открият света на химията чрез лесни и безопасни химични експерименти, които могат да събудят любопитството им към науката и най-вече към химията.

Образователен уебсайт CHEMGENERATION.COM Основните цели на нашия уебсайт, който работи от четири години, са да привлича интерес към науката и да представя ролята на химията в нашия свят, включително голямото й значение за бъдещето на човечеството и устойчивото развитие. Основното му съдържание са статии за големи химични открития, но също така можете да прочетете и за последните научни нововъведения.

Програма CHEMGENERATION Въз основа на успеха на уебсайта на Chemgeneration създаваме програми от година за година, които мотивират учениците от средно или основно училище на възраст от 14 до 18 години да мислят и действат научно. През 2012 г. ги запознахме с научните технологии, които са особено важни за устойчивия, модерен град, чрез онлайн игра, наречена Future City („Градът на бъдещето“). През 2013 г. поканихме учениците от средно и училище да участват в състезание на име Chain Reaction („Верижна реакция“),

което увеличава познанията им по физика и химия. Всеки отбор създаде самостоятелна машина за верижна реакция, която изпълни поредица от физични и химични реакции. През учебната 2014-2015 г. сме подготвили ново научно състезание за учениците. Научното състезание „Герои на бъдещето“ цели да открие млади бъдещи изобретатели, които могат да приложат научните нововъведения по творчески начин, да създадат екологично решение. Отборите от ученици

от средно или основно училище трябва да проведат научно изследване и да създадат иновативно и устойчиво решение, което може да разреши проблем на местно ниво. Този проблем може да е преразходът на електрическа енергия в училището или прекомерното генериране на отпадъци – целта е за решаването му да се използват научни методи. Найдобрите идеи могат да послужат като добри примери и да вдъхновят и други да извършат промени и да използват устойчиви решения.

Ръководство за устойчивостта Наръчниците, които представят трите основни бъдещи глобални тенденции, съдържат девет богато илюстрирани научни статии, които разкриват връзката между устойчивостта и науката на глобално ниво и начините,

по които тя оказва най-силно въздействие върху света – като например употребата на енергия или вода. Текстовете представят последните проучвания и иновации на учениците и предоставят много интересни

данни, които да привлекат интереса им. Научните статии също така подпомагат работата на учителите, като ги запознават с най-новите открития, за които може и да не са чували.

Бързото увеличение на населението и растящите градове са истинско предизвикателство за учените. Структурата на градовете се променя, а техниките на строителство стават все по-екологични. Също така е важно да имаме чист въздух и устойчиво управление на водата – въпроси, на които науката вече е предложила някои вълнуващи отговори. Прочетете за най-новите екологични градове, фантастичните техники на строителство на бъдещето, биологичното пречистване на водата и възможностите за обезсоляване на морската вода. Запознайте се с последствията от замърсяването на въздуха и как да го предотвратим с помощта на най-новите научни технологии.

ЖиВотът В града

бъдещето на водата – как науката може да утоли жаждата ни? Хората и всички живи същества се нуждаят от вода, за да оцелеят. Поради нарастването на населението на земята и климатичните промени, водните ресурси на нашата планета постоянно намаляват, а оставащата част става все по-замърсена. тази статия разкрива какво прави науката, за да съхрани чистата вода.

Водата е едно от най-често срещаните вещества на земята. тя е толкова широко разпространена, че почти три-четвърти от планетата,

Всяка капка е безценна

океаните, моретата, езерата и реките са огромни водни ресурси, въпреки че северният и Южният полюс, както и ледниците в планините също съдържат вода, скована в ледената маса.

71% са Покрити с Вода

? как е възможно, въпреки огромните водни ресурси, хората да изпитват недостиг на вода в много части на света

отговорът е, че само една много

2,5%

малка част, едва от водните ресурси на земята са питейни, а именно сладководните. освен това повечето от сладководните води в преобладаващата си част са замръзнали под формата на постоянен слой сняг и лед в ледниците или се намират дълбоко под земната повърхност между скали, което ги прави трудни за достигане.

но нуждата на хората от вода нараства все повече. В днешно време от вода се нуждаят

7 милиарда души всеки ден:

` за питейни нужди, готвене и миене. но след няколко десетилетия

10 милиарда души ще трябва да поделят помежду си много по-малко количество вода.

Водата като имущество

1 милиард души страдат от жажда

богатите и безводни държави от близкия изток внасят питейна вода от езера в канада и сибир, което на практика означава, че тази вода обикаля около света, докато пристигне до човека, който я пие. По подобен начин в америка големи градове с милиони жители получават вода от източници на стотици километри от тях. бизнесмени, купуващи водни ресурси в голям мащаб в русия, канада и аляска, са новите нефтени крале.

като през

т. бун Пикенс, най-големият собственик на вода в америка, е инвестирал

най-новите изследвания показват, че в днешно време

$100 милиона

2050 г.

щатски долара в закупуването на кладенци и водни извори. В бъдеще той планира да продава питейната вода на тексас за

водата на планетата ще бъде достатъчна за едва половината от човечеството.

но защо наличните водни запаси се изчерпват?

$165 милиона.

от една страна, поради климатичните промени, тъй като покачващата се температура на земята води до екстремни климатични условия, имаме повече суши, смаляващи се езера и сухи водосборни райони. от друга страна консумацията на вода от хората, особено живеещите в големи градове, се увеличава драстично. на много места консумацията на вода вече нараства по-бързо, отколкото наличните ресурси могат да снабдят. Удивителното е, че въпреки смущаващите факти, прахосническото потребление на вода не намалява. например напояването на игрищата за голф изисква същото количество вода на ден, колкото е всекидневното потребление на половината население на земята.

общ воден отпечатък (м3/г/човек) Потреблението на вода се измерва от водния отпечатък. Водният отпечатък на националното потребление се дефинира като общото количество сладководна вода, което се използва за производство на стоките и услугите, консумирано от жителите на страната.

СЪВЕТ Как да пестите вода:

Биомиметика:

имитиране на дивите животни Животните, обитаващи безводни територии, се приспособяват към условията. Например в Африка живее уникален бръмбар, който използва миниатюрните микро фибри на гърба си, за да събира вода в тялото си от изпаренията сутрин. Това интелигентно решение вдъхнови учените, които вече работят върху самостоятелно пълнеща се бутилка вода, работеща на подобен принцип: бутилката се покрива със специален материал от нанотехнологии, който насочва влажността на въздуха вътре в бутилката.

• Взимайте си душ вместо вана! Къпане под душа с продължителност няколко минути изисква половината количество вода, което би било нужно за напълване на ваната. • Спрете кранчето, докато си миете зъбите, така предотвратявате ненужно пилеене на вода! • Събирайте дъждовна вода за поливане на цветята вкъщи, не използвайте вода от чешмата! • Монтирайте пестящи вода смесители за душа и мивката вкъщи! • В домакинствата по-голямата част от водата се пилее от пускане на водата в тоалетната. Използвайте ефективни тоалетни казанчета с многостепенно пускане на водата! • Не мийте чиниите под течаща вода, а вместо това ги накисвайте, така и измиването им ще е по-лесно!

Водата е ключът към съвременния живот Поради бързата урбанизация става все по-трудно да се гарантира, че мегаградовете ще разполагат с достатъчно вода. Без вода няма да има местни фирми или промишленост. Пожарната безопасност, обществените паркове и обществените басейни изискват доста вода. За надеждната доставка на вода до домовете ни всеки ден са нужни внушително количество тръби, канали и помпени станции, управлявани от обществените водоснабдяващи дружества. Допълнително напрежение поражда увеличаването на населението и повишаването на консумацията на вода, като част от хората започват да изразходват все по-голямо количество вода. Тъй като населението се увеличава, все повече и повече хора имат нужда от храна. Малко хора знаят, че растениевъдството и скотовъдството са отговорни за по-голямата част от водното потребление на човечеството: селското стопанство е отговорно за 80% от световното потребление на вода, което означава, че това е област, в която е нужно сериозно намаляване на консумацията на вода.

Колко вода се използва за производство на любимата ви храна?

1 филия хляб = 48 литра вода 1 ябълка = 82 литра вода 1 парче сирене = 152 литра вода 1 парче пица = 1216 литра вода 1 хамбургер = 2393 литра вода 1 чаша кафе = 132 литра вода 1 шоколад = 1720 литра вода 1 кг говеждо месо = 15 415 литра вода

Поради тази причина редица изследвания и напредничави експерименти търсят отговори как в момента да произвеждаме достатъчно храна, като в същото време използваме по-малко вода. В статията ни „Повече храна от по-малко вода“ можете да откриете повече информация по тази тема.

Морската вода – спасител на човечеството? Моретата и океаните са най-големите водни резервоари на планетата, като човечеството отдавна се опитва да превърне морска вода в питейна, което може да се постигне чрез обезсоляване. Опростено обезсоляване се прилага още от 4 век преди Христа, но сложният процес на кипване на водата многократно, както и охлаждането и кондензирането на парата, произведена по този начин, изисква много енергия.

Суперфилтриращите мембрани Multibore®, разработвани от подразделение на германската компания BASF, вече доказаха своята ефективност в много заводи за обезсоляване. Мембраната предоставя сигурна бариера срещу суспендирани твърди частици, бактерии, вируси и други микроорганизми, като предоставя постоянно високо ниво на качество на филтриране, дори в случаи, когато съставът на първичната вода се различава.

По-икономически изгоден метод на обезсоляване е базираният на обърната осмоза, при която морската вода се прекарва чрез полупропусклива мембрана под високо налягане, в резултат на което водата се обезсолява. Химията играе жизненоважна роля този процес да стане по-ефективен.

Според прогнози на специалистите в бранша Global Water Intelligence (GWI) през

2025

1%. В момента съществуват 17,000 завода за обезсоляване в 120 държави по света, но броят им се очаква да нарасне значително.

Благословия от небето Проектантите на бъдещите мегаградове са съгласни, че един съвременен мегалополис трябва да рециклира дъждовната вода по разнообразни начини. Може би Югоизточна Азия има най-дълги традиции в използването на дъждовни води. Най-известният небостъргач в Япония – Tokyo Skytree – който е висок 634 метра и е втората най-висока сграда в света – има огромни цистерни на ниските подземни нива, които побират около 2600 кубични метра дъждовна вода. Това интелигентно решение означава безплатна вода за охлаждане на огромната сграда и за казанчетата в тоалетните. Освен това зелените покриви, които се появяват по сградите в градовете, не са само за красота. Повечето от тях са иновативни решения за управление на дъждовните води, които едновременно подобряват енергийния баланс на сградата, качеството на въздуха и градската екология. Зелените покриви са способни да абсорбират и рециклират дъждовна вода, докато някои от замърсителите се натрупват в почвената среда. Един интензивен зелен покрив може да задържи до 75% от валежите, като по този начин също така намалява отичащите се води и количеството дъждовни води, които се озовават в канализацията.

14%

г., от населението на света ще задоволява водните си нужди чрез обезсолена морска вода. Днес това число е едва

Знаете ли, че • В момента повечето от дъждовните

води се използват в Китай и Бразилия. В тези държави събирането на дъждовна вода от покривите се практикува за осигуряване на питейна вода, вода за домакински нужди, за напояване на животни, за напоителни цели в малък мащаб и за възстановяване на нивото на подземните води.

иновативно отношение към водата не само малкото количество, но и ниското качество на водата причинява сериозни проблеми.

около

По света

2,5 милиарда

80%

души страдат от консумацията на замърсена вода и имат проблем с ежедневния достъп до чиста вода.

ситуацията е особено драматична в градовете в развиващите се държави. В буенос айрес, например, реките са много замърсени; в калкута, индия, населението се бори с фекално замърсяване и повишено съдържание на арсен в подземните води. ситуацията в китай също е притеснителна: 90% от подземните води в градовете са замърсени. сериозно предизвикателство пред проектантите е разработването на процедури, които от една страна гарантират, че по-малко замърсяване достига водите, но от друга страна, вече замърсените води да могат да се пречистват ефективно. германската химическа компания– BASF, предлага редица решения за обработка на водата в няколко сфери. катионната емулсия Zetag®

може да се използва за обработка на отпадъчни заводски води и за широка гама от процеси за отделяне на твърди частици. Високото й молекулно тегло предоставя отлични технически характеристики, водещи до по-ниски разходи за третиране на отпадните води. бързо действащата течност се използва предимно за пречистване на отпадни води в хартиената, текстилната и кожарската промишленост, както и в хранителната промишленост и пивоварните фабрики. мембраната Multibore®, която се разработва в едно от подразделенията на BASF, е подходяща за пречистване на отпадни води, особено за тяхното филтриране. Водата се прекарва през миниатюрни пори с размер от

знаете ли, че • така наречените „живи машини“

от отпадните води в градовете се изхвърлят директно в реки, езера или морето без никаква преработка.

също се използват за пречистване на отпадни води. При тези системи разлагането на замърсителите се извършва не само от бактерии, но от екологична общност от 2000-3000 вида, включващи водорасли, охлюви, миди, раци, растения и риби. тези организми консумират замърсителите като храна и ги складират в телата си.

20 нанометра, които са три хиляди пъти по-малки от дебелината на човешки косъм. това е метод, който допринася за здравето и чистотата в свят с наистина микроскопични размери. след подобно филтриране се формира хомогенна течност. BASF също така произвежда своята революционна супер филтрираща мембрана в преносима система за пречистване на вода – LifeStraw Family, която може да пречиства замърсена вода, като филтрира вируси и бактерии. По този начин дори водата от мръсни локви, езерца или реки може да бъде пречистена. системата се използва в районите с природни бедствия няколко пъти насам от 2008 г., като осигурява чиста питейна вода за хора в нужда.

СЪВЕТ

миене на автомобил без вода? • за едно измиване на автомобил се изразходват 200 литра вода. но вече съществува безводно измиване на автомобили, при което за почистване на превозните средства се използват леки химикали или пара. търсете тези пестящи вода решения в ежедневния живот!

Химия на водата Водата е изключително универсален материал Водата е изключително универсален материал: тя е отличен разтворител, повечето от важните процеси от аспектите на живота се случват във водна среда, освен това е и често използван реагент. В много отношения водата реагира различно: например максималната плътност на водата е около 4 градуса по Целзий, ето защо айсбергите плават по повърхността на водата и течащата вода замръзва от горе надолу. Другото й специално качество е вискозитетът, или вътрешното триене, което не се променя линейно с налягането: първо намалява, а после се увеличава. Вискозитетът на водата е сравнително висок, като значително намалява с увеличаването на температурата.

Знаете ли, че • Къде е най-лесно да плувате? Студената вода има по-

висок вискозитет, така че е по-трудно да се придвижвате в нея, но е по-лесно да плувате на повърхността й, поради по-високата плътност. Също уникална характеристика на водата е, че поради високото й повърхностно напрежение капките вода имат сферична форма. Водата е способна да абсорбира, съхранява и изпуска големи количества топлина. Това качество се използва

в индустрията, но също така е от важно значение в природата поради ролята си за компенсирането на изменението на климата. В химически контекст дестилираната вода е чистата форма на водата, която не съдържа разтворими вещества или микроелементи, които натуралните компоненти на минералните води съдържат. Консумацията на дейонизирана вода (или вода с ниско йонно съдържание) в големи количества не е полезно, тъй като от тялото се „измиват“ жизненоважни йони.

Чист въздух с помощта на научни методи Едно от най-тежките последствия от нарастващата урбанизация е замърсяването на въздуха, което през последните десетилетия става все по-сериозна причина за безпокойство. Учените работят върху разработването на голям набор от методи, за да осигурят достатъчно чист въздух за хората, живеещи в градовете, като по този начин допринасят за устойчивото развитие на непрестанно разрастващите се метрополиси.

СМОГЪТ СЕ НАСТАНЯВА ТРАЙНО НАД ГРАДОВЕТЕ Повечето човешки дейности са свързани с енергийно потребление, което води до замърсяване на въздуха: електроцентралите, промишленото производство, селското стопанство, отоплението на домовете, както и транспортът отделят вредни вещества във въздуха, които оказват влияние не само върху здравето на хората, но и върху атмосферата на планетата. Така наречените парникови газове като въглероден диоксид (CO2) и метан (CH4) създават своеобразно покривало около земята, което задържа топлината: горещината от отразената слънчева светлина не може да напусне атмосферата, което води до затопляне и глобална промяна на климата. Въглеродният диоксид присъства в земната атмосфера в постоянна концентрация. Количеството въглероден диоксид във въздуха отдавна се поддържа чрез баланс, въпреки че колебания винаги е имало. Поради човешка дейност този баланс започна да се променя от началото на миналия век, като според учените количеството въглероден диоксид вече е много близо до границата, от която връщането назад ще бъде невъзможно. Обработването на въглеродния диоксид, който се намира във въздуха, е отговорност на растенията: те го използват за храна и го преобразуват в кислород, който е жизненоважен за оцеляването на другите живи същества, включително хората. Но проблемът е, че растителна-

Знаете ли, че

• Въпреки че тропическите

гори са известни като „белите дробове“ на земята, по-голямата част от кислорода се произвежда от планктон и водорасли, живеещи в океаните. Следователно замърсяването на водата също така оказва значително влияние върху състоянието на въздуха.

та покривка на земята също постоянно се смалява: 7 милиона хектара са обезлесени поради разрастването на градовете и за производство на дървесина. Това също допринася за липсата на равновесие. Освен тежестта върху околната среда, замърсяването на въздуха е изключително вредно и за човешкото здраве. Редица вредни вещества също попадат във въздуха, например от отработените газове от автомобилите, които причиняват болести. Ако например има висока концентрация на азотни оксиди във въздуха (азотен оксид (NO) и азотен диоксид (NO2) във въздуха), в резултат на слънчевата светлина се произвежда озон, който в комбинация с въглеводороди и прахови частици води до формирането на смог като в Лос Анджелис над градовете. Според изчисления на Световната здравна организация (СЗО) 700 хиляди души умират годишно поради влиянието на замърсяването на въздуха.

Знаете ли, че • Едрият рогат добитък също е отговорен за глобалното затопляне: от червата на преживните животни се отделят големи количества метан. Производството на 1 килограм говеждо месо добавя 36 кг въглероден диоксид към общия обем парникови газове – същото количество, с което един средностатистически европейски автомобил замърсява въздуха при изминаване на разстояние от 250 км.

Картата за екологичния отпечатък на света ясно показва, че замърсяването на въздуха е най-голямо над най-гъсто населените райони. Източник: http://environment.nationalgeographic.com/environment/ energy/great-energy-challenge/global-footprints/

Факти и цифри 50% - половината от човечеството всекидневно е изложено на опасно ниво на замърсяване на въздуха.

Най-голямото предизвикателство е да се намали количеството въглероден диоксид, начините за което са два. От една страна, можем значително да намалим вредните емисии. За момента това не изглежда осъществимо – въпреки че бяха взети сериозни мерки за намаляване на използването на изкопаеми горива и увеличаване използването на алтернативни енергийни източници, те не са достатъчни за осъществяване на значителна промяна в нивата на замърсяване на въздуха през следващите няколко години. Другото решение е да се открие начин за употреба на въглеродния диоксид, като той да се извлича от въздуха. Хиляди учени вече работят върху тези решения – като вече са налице обещаващи резултати.

Укротяване на врага Налице са различни опити за употребата на въглеродния диоксид – от методи в малък мащаб до големи промишлени решения. Малко хора са наясно, че химическата индустрия вече обработва солидно количество CO2. Това означава, че въглеродният диоксид, произвеждан от промишлеността, основно чрез изгаряне или химически реакции, не се освобождава във въздуха, но след пречистване се употребява за най-различни цели. Въглеродният диоксид, получаван при подобни процеси, се използва за производство на газирана минерална вода, но също така и при пакетиране в модифицирана атмосфера, производство на пластмаса, както и като базов материал за изкуствени торове – дори и в медицината.

Факти и цифри Повече от 30 милиарда метрични тона CO2 се произвеждат ежегодно от хората по света.

Въглеродният диоксид като спасител на зелената енергия Макар и да изглежда странно на пръв поглед, CO2, който се счита за вреден, може да изиграе роля за подобряване на ефективността на възобновяемите енергии. В наши дни възобновяемите енергийни източници понякога произвеждат повече електричество, отколкото може да бъде подадено към електропроводната мрежа в даден момент. Съхраняването на излишната енергия, произведена по този начин, е изключително скъпо и понякога невъзможно. Иновативен химичен процес, наречен система „power-

CO2 + 4H2

to-gas“ (P2G), чийто ключов елемент е парниковият газ въглероден диоксид, може да разреши този проблем. Чрез физични и химични процеси излишната енергия може да бъде преобразувана в природен газ (метан) при двуетапен процес, като CO2 се използва като реагент. При първия етап излишната зелена електроенергия се използва като енергия за превръщане на вода (H2O) във водород (H2) и кислород (O2). Водородът след това реагира с CO2 за образуване на метан (CH4).

CH4 + 2H2O

Всеизвестен факт е, че метанът (основен компонент на въглищния газ) е добър енергиен източник, който лесно може да бъде употребен в съществуващата мрежа от природен газ и да се използва където е необходимо. Следователно този метод е икономичен начин за съхраняване на зелена енергия.

110 милиона метрични тона от световните CO2 емисии в момента се използват като химическа суровина.

Според последните резултати от научни изследвания рециклирането на въглерода не само би намалило замърсяването на въздуха, но дори би разрешило кризата за енергийни източници – по три възможни начина.

Други около

Източник: Общество за химическо машиностроене и биотехнологии (DECHEMA)

Имитиране на природата: изкуствено листо През тази година млад учен на име Джулиан Мелчиори измисли сензационно изобретение за неутрализирането на въглеродния диоксид: използвайки коприна, специален протеин и вещество, налично във водораслите, той създаде изкуствено листо, което фотосинтезира по същия начин, както и истинските растения. При наличието само на светлина изобретението започва да преобразува въглеродния диоксид от въздуха в кислород. Изкуственото листо изглежда наистина изящно и може да се използва за покриване на външните и вътрешните стени на сгради, като така за постоянно

Добър бизнес: използване на въглероден диоксид за производство на гориво Въглеродният диоксид може да се използва за производството на метанол, който може да бъде употребяван като гориво, чрез така наречения въглеродно неутрален метод. Исландска компания вече е отворила първия си завод, в който произвежда метанол от CO2, използвайки геотермална енергия от горещи извори като естествен източник на енергия. Компанията планира един ден да произвежда годишно 50 милиона литра от този алкохол чрез въглероден диоксид. Например той може да се използва за създаване на енергия в горивни клетки или да се смесва с бензин като добавка.

Въглеродният диоксид като суровина – синтетичен газ (сингаз) Съществуват и други решения за употребата на въглеродния диоксид като гориво. Три германски компании – BASF, Linde и ThyssenKrupp, наскоро стартираха проект за производство на сингаз (синтетичен газ) от въглероден диоксид и водород чрез иновативен двуетапен процес. При първия етап нова високотемпературна технология ще произвежда природен газ за добиване на водород и въглерод. Сравнено с други процеси, тази технология произвежда много малко CO2. Водородът след това реагира с големи количества CO2 (идващ от други индустриални процеси) за създаване на сингаз. Този газ е ключова суровина за химическата индустрия и също така е подходящ за производство на горива.

да намали въглеродните емисии на градовете. Способно да живее продължително време в космоса, изкуственото листо може да изиграе важна роля в космическите проучвания, тъй като учените не знаят дали органичните растения ще оцелеят и растат извън нашата атмосфера по начина, по който биха изисквали хората. Ако човечеството иска да колонизира космоса, живеещите на друга планета ще трябва да произвеждат собствен O2 газ. Поради тази причина дори НАСА е проявила интерес към изобретението.

Пречистване на въздуха в големи количества Създадени са уникални технически решения за целенасочено пречистване на въздуха над големите градове. Тези решения могат да ни освободят от влиянията не само на въглеродния диоксид, но и на отровните газове. Например на немския изобретател на име Гьоц Хюскен му хрумнала идеята шосетата да бъдат покрити с титанов диоксид, който при фотокаталитична реакция – като ефекта на UV лъчите при слънчева светлина – ще неутрализира замърсяващия въздуха азотен диоксид. Ако това решение бъде внедрено, нивото на азотния диоксид във въздуха може да бъде намалено с до 45%. Изобретението на холандския иноватор Даан Роозегарде почти буквално би изчистило като с прахосмукачка небето над градовете. Той планира да изгради група от паркове, които ще разполагат с редици от медни намотки, които

също като пречиствателите на въздух използват статично заредени положителни повърхности, за да засмукват въглеродните частици от атмосферата. Когато пилотният проект заработи по-късно тази година, се очаква да се създаде широка 40 метра зона на чист въздух с около 75 процента по-ниско замърсяване. Той има дори план за събираните въглеродни сажди: част от тях да преработва в изкуствени диаманти – алхимичен фокус, който е почти толкова впечатляващ, колкото и засмукването на смог. Ако планът му успее, Пекин може почти да постигне целта си да елиминира изцяло смога до 2017 г.

модерни ПреВозни средстВа = По-чист ВъздУХ с тази цел бяха създадени няколко иновативни автомобилни части, включително екологични катализатори, разработени от BASF и вече успешно използвани в хиляди автомобили. Филтърът, монтиран в изпускателната система на автомобилите, работи на принципа на многоетапна химична реакция. По време на този процес трите ключови компонента в емисионната система (въглеводород, въглероден оксид и азотен диоксид) почти изцяло се преобразуват във въглероден диоксид, азот и вода. добре познатата химическа компания разработва катализатори

и за дизелови превозни средства и мотоциклети, които им помагат да постигнат много ниски нива на вредни емисии. най-новото решение за намаляване на замърсяването на въздуха е патентованото каталитично покритие PremAir ®, което преобразува тропосферния озон, основния компонент на смога, в кислород. докато въздухът преминава през покрития с материал радиатор на превозното средство, PremAir ® катализира реакция, която превръща озона в кислород. Процесът се възползва от голямото количество въздух, което минава през радиатора на автомобила.

замърсяването на въздуха от превозните средства ще намалее драстично, ако преминем от изкопаеми към алтернативни горива. към момента електрическите и хибридните автомобили са водещите алтернативи на моторните превозни средства – но учените са създали и автомобили, задвижвани от вода (по-точно: водород от разлагане на вода) или сгъстен въздух. за повече информация относно бъдещето на транспорта, прочетете статията ни със заглавие „нови перспективи пред транспорта“.

тъй като транспортът е отговорен за 30 процента от замърсяването на въздуха, качеството на въздуха може да се подобри и чрез намаляване на вредните емисии на автомобилите.

„Химия на ВъздУХа“ Въздухът представлява много по-сложна система отколкото си мислите: главните му компоненти са азотът (78%) и кислородът (21%), но освен тях съдържа газове, от естествени или изкуствени източници, които са в точно определени или променливи концентрации. серният диоксид (SO2) например може да се появи както в резултат на вулканична активност, така и от изгорелите газове и горенето на въглища. Последното винаги води до по-високи концентрации на серен диоксид през зимата, което e последвано от нарастване на броя на астматичните пристъпи. Въздухът винаги съдържа водни пари и водни капки, в които се разтварят горепосочените газове, което причи-

(78%)

нява киселинно утаяване, но е възможно разтворимите газове да участват и в широк набор от други реакции. В по-студените региони във въздуха присъстват и малки ледени кристали. Повърхността на ледените кристали е отличен катализатор, който също подпомага разлагането на озона. наред с други твърди частици, най-опасни за човешкото здраве са неутаяващите се прахови частици, особено PM2,5, т.е. частици с диаметър по-малко от 2,5 микрона. те навлизат в белите дробове и прехвърлят полепнали по повърхността им метални и органични замърсители към тялото на човека.

(21%)

SO 2

Модерните градове на бъдещето Рязкото нарастване на населението на света доведе до увеличаване на броя и площта на градовете. Изчисленията показват, че до 2050 г. 75% от човечеството ще живее в огромни мегалополиси. Този предвидим процес породи дискусии между учените за това как да направим градовете по-добри за живеене. Изследователите разработват нови технологии, които ще ни помогнат в бъдеще да живеем в иновативна и устойчива градска среда, която също така да задоволява социалните ни нужди.

Нов подход към градовете Смятаме, че фабриките и промишлените заводи са отговорни за замърсяването на околната среда и нарастващите енергийни нужди, но не са: виновни са големите градове. Може и да ви се струва невероятно, но големите градове консумират две трети от общата световна електроенергия. В момента най-гъсто населеният град в света е Токио, където живеят почти 13 милиона души, което е 10% населението на Япония. Вече не сте изненадани от предишния факт, нали? Основните въпроси пред изследователите са кои разработки ще ни помогнат да намалим потреблението на енергия в тези големи градове и какъв метод може да бъде използван, за да станат тези пренаселени места по-добри за живеене.

Много от решенията се крият в сградите. До момента на огромните небостъргачи се гледаше единствено като на архитектурни забележителности и те удивляваха с височината си, но новото поколение сгради е различно. Например гигантският небостъргач в Лондон на име „Шард“ е не само търговска и офис сграда, която функционира през деня, но и „вертикално село“: в него има апартаменти, ресторанти и дори хотел. Най-високата сграда в света – 828-метровият „Бурж Халифа“ в Дубай предлага дори още повече: апартаменти, площади, паркове, ресторанти, хотели и магазини – всичко в една и съща сграда. Всички форми на социален живот са побрани в една сграда, така че ако искате да изпиете чаша кафе, няма нужда да ходите до кафето на съседната улица – просто вземате асансьора и отивате на друг етаж.

В момента най-гъсто населеният град в света е Токио, където живеят почти

13 милиона души, което е

10%

населението на Япония.

Един от най-високите небостъргачи в САЩ и света

541 метра

е висок , като строителството му завърши през в Ню Йорк.

2013 г.

Чрез използване на зелени технологии на BASF беше създадена здрава и и издръжлива конструкция. Бетонът Green Sense даде възможност за спестяване

на над 113 500 литра прясна вода, което е достатъчно за

6000

напълването на вани. Благодарение на тази нова технология бяха спестени осем милиона киловатчаса електроенергия, което се равнява на почти

340 000 кг изкопаеми

горива, като също така беше предотвратено изхвърлянето на над 5 милиона кг CO2 емисии.

Проектантите не само планират иновативни сгради, но и цели градски проекти. В Южна Корея на площ от 610 акра се изгражда международната бизнес зона Songdo, която е запланувана на бъде най-модерния високотехнологичен и екологичен град с къщи, училища, болници, офиси и културни сгради. Това ще бъде първият в света изцяло мрежово свързан град, където всичко от поръчки на плодове и зеленчуци до медицински прегледи ще може да се извършва отдалечено, чрез компютърна мрежа. Градът ще разполага с 40% зелен пояс, като приоритет ще бъде пешеходният и велосипедният трафик. Като изключим естетическите аспекти, парковете ще предотвратят формирането на градски топлинни острови – при които температурата се покачва поради сградите и това води до влошаване на качеството на въздуха. Целият град се изгражда върху екологични принципи, които включват зелени покриви с растителност за намаляване на оттичащите се води при бури и подпомагане на биоразнообразието, енергийноефективни светодиодни светофари, дори и подземна система за събиране на отпадъци, която може да елиминира нуждата от боклукчийски камиони. Интелигентно градско планиране гарантира, че разстоянията са кратки, като се разработва модерна система за рециклиране и екологична система за транспорт. Във водоснабдителната система се използват обезсолена морска вода и рециклирана вода, които покриват половината от водните нужди на града. Подобни екоградове вече се изграждат в Китай и Индия.

Масдар Сити В Обединените арабски емирства се строи най-екологичният град на света. Той ще изразходва една четвърт от електроенергията и водата на селище с подобни размери. За период от 25 години ще бъдат спестени 2 милиарда тона нефт. Как ще го постигнат? Според плановете над града ще има огромен соларен панел, наподобяващ чадър, който ще произвежда електроенергия през деня и ще се прибира през нощта. Съоръжението ще помогне за спестяването на около 175 000 метрични тона CO2 годишно. Освен проектите за слънчево захранване, Масдар разработва и една от най-големите сухоземни вятърни ферми. Разбира се, проектантите отдават сериозно значение на материалите за сградите, в които им помагат иновативните строителни решения на BASF. Например материалите с променлива фаза в мазилките и гипсокартона, както и полистиренът и полиуретанът, използвани в пяната за изолация, могат да предложат алтернатива на климатичните инсталации. Освен това черни пигменти, използвани в покритието на покривите, абсорбират само малка част от инфрачервените лъчи, като по този начин предпазват тъмните повърхности от нагряване. Освен пестене на електроенергия, отпадъците се сортират и рециклират, а органичният боклук се използва за компост. Градът също така внедрява концепции за екологично чист транспорт. До завършването си през 2025 г. се очаква в него да живеят 40 000 души, а други 50 000 работници да го посещават всекидневно.

Освен за луксозни квартали проектантите мислят и за гетата без електричество и чиста вода, които са силно изложени на въздействието на природните сили. Иновации правят възможно бързо и евтино строителство, като в същото време стабилни и гъвкави конструкции позволяват създаване на безопасни домове за хората. Например, в Мексико Сити бяха построени 10 000 нови домове чрез добавките за бетон на BASF, които значително намаляват времето, нужно за втвърдяване на бетона, което намалява цената на строителството.

Тераформиране – хайде да се преместим на друга планета! Човечеството е наясно, че пренаселваме земята, така че започнахме да се оглеждаме кои други небесни тела можем да обитаваме. До този момент терминът тераформиране присъстваше основно в научно-фантастичните филми, но е възможно в бъдеще човечеството да може да променя атмосферата, температурата и топографията на планети чрез научни и технологични изобретения, за да ги направи обитаеми за хората. От познатите в момента планети Марс изглежда найподходяща от тази гледна точка, въпреки че сред-

ната температура е -60 градуса, а светлината също е по-оскъдна. Амбицирани изследователски групи вече разработват многоетапни планове за внедряване. Първо трябва да бъде повишена температурата, което ще доведе до стопяване на леда и изпускане на въглероден диоксид в почвата. Огледала в орбитата около Марс могат допълнително да засилят парниковия ефект. След това ще бъдат засадени растения, които ще произвеждат кислород.

Строителството на бъдещето Поради екологични и енергийни съображения, иновативните архитектурни решения стават все по-важни, тъй като основната причина за замърсяването на въздуха в големите градове с милиони жители са вредните емисии от енергийното потребление на домакинствата. Така наречените пасивни къщи решават този проблем и вече са по-често срещани. Тези сгради са специални, защото са построени с екологични материали и технологии, които допринасят за спестяване на значително количество енергия, като в същото време се намалява и замърсяването на околната среда. Начинът за найдобро постигане на това е чрез намаляване и напълно премахване на отоплителната система, за което се използват модерни материали за изолация. Изолационната пяна Neopor на BASF е един от тези материали: тя се различава от други подобни изолационни материали,

защото към суровината полистирен са разбъркани и добавени графитни частици, които отразяват топлинната радиация. Важно е да се отбележи, че тя не съдържа халогенирани въглеводороди, което я прави и по-екологична. Изолационните материали, направени от този материал, са 20% по-ефективни от други подобни. С цел предотвратяване на загубите на топлина през прозорците, беше разработена специална прозоречна система от пластмаса, която предлага до 20% по-добро изолиране, ако върху стъклото се постави фолио на BASF със специални пигменти. Освен термоизолацията, методът за използване на топлината също е важен. Ако някога сте виждали подобна сграда, вероятно сте забелязали соларните панели, поставени на покрива; но освен употребата на соларна енергия, топлината на почвата също се използва в отоплителните системи. 22

Акумулираща стена Звучи невероятно, но BASF има решение и на този проблем! В гипса за вътрешна облицовка има материал с променлива фаза, който абсорбира топлината през деня и я използва през нощта. Как е възможно това? Микрокапсулираният парафин поема горещината и по-късно я освобождава. Материалът се топи при 23-26 градуса и поради промяната на фазата абсорбира сериозно количество топлина от околната среда, като по този начин температурата в стаята остава същата. По-късно през нощта – поради спада на температурата – парафинът се втвърдява и изпуска съхранената термална енергия в околната среда.

Разработките никога не спират: според последните проучвания, супер модерните изолационни материали ще могат да преобразуват дори звукови вълни в топлина. Освен за иновативни строителни материали, проектантите също мислят и за външния вид на къщите. Използвайки нанотехнологии, учените изобретиха специален защитен слой, който предотвратява полепването на частици към повърхността, така че по фасадите на сградите да не се отлагат замърсявания. Боята за стени на BASF има хидрофилни качества, което означава, че привлича водата. В резултат на това, ако вали силен дъжд, капките се разпределят по повърхността на стената

и измиват полепналата мръсотия незабавно. След валежа прилепналият тънък воден слой се изпарява бързо, предотвратявайки формирането на плесен и водорасли. Благодарение на нанотехнологиите в бъдеще няма да имаме нужда и от капаци на прозорците, тъй като се изобретяват все по-интелигентни стъкла, които пропускат светлина, но не и топлина. С цел експериментиране между две стъкла е бил поставен специален гел или различни смеси са били прибавени към стъкления материал, като например сребърни халогениди, потъмняващи в зависимост от силата на светлината, но в този случай топлината се предава през стъклото. Про-

учванията са в толкова напреднала фаза, че е било разработено обогатено с ниобиев оксид стъкло, в което са били сложени индиевокалаени оксидни нанокристали. Тази комбинация е способна да раздели и регулира разсейването на видимата светлина и инфрачервената топлина. Така че през лятото тя предотвратява проникването на инфрачервените лъчи в стаята през стъклото, но зимните лъчи могат да влизат. Това може сериозно да намали консумацията на електроенергия. Към момента производството на тази технология е много скъпо, но е възможно в бъдеще тя да стане рентабилна.

Знаете ли, че • Биомиметиката е комбинация от биология

и инженерство. Нейната основна цел е да копира изобретения от природата, като наблюдава структури и механизми на организмите. Архитекти пламенно изследват стратегиите за строителство на термитите, тъй като тези миниатюрни създания успяват да построят купчини пръст с отварящи и затварящи се комини за охлаждане и отопляване, в които те отглеждат основната си храна – гъби, които са изключително чувствителни към температурата. Като се копира тази концепция, сметките за електроенергия на сградите могат да бъдат намалени значително.

Когато планират нова сграда, проектантите все по-често вземат предвид увеличаващия се брой земетресения и разработват различни технологии за предпазване от тях. Създаването на стени, устойчиви на вибрации, е жизненоважно, като това може да се постигне чрез монтиране на гъвкави дървени и стоманени греди и колони. Освен това една вградена в основата стоманена конструкция гарантира абсорбирането на вибрациите на земята. Олекотените къщи и тези от стомана няма да рухнат по същия начин, като къщите от тухли.

Интелигентен бетон След водата, бетонът е най-често използваният материал в света, поради което е важно да бъде разработван от BASF. Добавките и материалите за поправка на бетон улесняват производството му, като той също така става по-устойчив, следователно ресурсите и енергийното потребление могат да бъдат намалени. Те също така удължават живота на сградите, както и намаляват периода на строителство.

Мебели в ново измерение Рециклирането на хартия е видно по целия свят; само помислете за факта, че за да бъде произведен един тон хартия, са нужни 300 тона вода! Вече се предлагат книги, листове и дори тоалетна хартия, направени от рециклирана хартия. Идеята беше преразгледана от дизайнерите и в магазините се появиха мебели , изработени от хартия. Може да ви звучи невероятно, но те са по-издръжливи, отколкото си мислите. Не е за подценяване и че транспортирането на тези олекотени мебели изисква по-малко енергия и те могат да бъдат използвани повторно, след като бъдат изхвърлени. Тъй като частите на мебелите могат да бъдат закрепвани чрез лепене и сгъване, всеки може да си ги сглоби сам вкъщи.

Проектантите на BASF преосмислиха идеята за мебели от дърво от гледна точка на предпазването на околната среда. Те разработиха базирания на дървесина материал Kaurit @Light, който прави дъските 30% по-леки, като в същото време капацитетът им на натоварване остава непроменен. Производителите предпочитат новите панели, изработени от шперплат, полимерна пяна и добавка Kaurit@, тъй като те са по-леки, което намалява разходите за транспорт и разтоварване, а изискват и по-малко опаковане. В бъдещите домове пластмасите ще играят все по-важна роля. Този създаден от човека материал ни обгражда във всички сфери на нашия живот. Производителите на мебели

Рециклирането на хартия е видно по целия свят; само помислете за факта, че за да бъде произведен

1 тон хартия

също го харесват, тъй като поради технологиите той също претърпя иновативни разработки. BASF разработи „ултра“ течна пластмаса, чиито специфични наночастици я правят два пъти по-разводнена при 230 градуса в сравнение с подобни продукти. По този начин може да се спести електроенергия при произвеждането на мебели. Освен това при отливане новата пластмаса се втвърдява бързо, което скъсява процеса на производство. Спечелилият награди за дизайна си стол MYTO е изработен от този материал, като дори е отлят от единично парче пластмаса, което означава, че няма метални винтове. Следователно дизайнерите създават наистина екологични, лесни за рециклиране и здрави мебели с нетипична форма.

са нужни

300 тона вода!

Самовъзстановяващи се материали Два нови типа полимери бяха създадени от учени, работещи в отдела за синтетични полимери. Те са изключително здрави, имат самовъзстановяващи се характеристики и дори могат да се рециклират. Лекият и издръжлив материал на име Titan е образуван от кондензирането на параформалдехид и оксидианилин при 250 градуса. Другият тип – Hydro, е високоеластичен гел, който се произвежда при ниска температура. И двата могат да се рециклират и не се разтварят, но в киселинна среда омекват и могат да променят формата си. Не се напукват, следователно могат да предизвикат революция в самолетното и автомобилното производство, както и в цялата индустрия за електроника. Променяйки формата на материалите, могат да бъдат създадени нови полимерни структури, които са 50% по-здрави и леки.

Не прахосвайте боклука! Чрез иновативни инициативи за градско развитие учените опитват всичко възможно, за да създадат един по-устойчив свят, но техните усилия са безсмислени, ако човечеството не успее да промени начина си на живот. Хората, особено жителите на големите градове, живеят прахоснически: използват твърде много електроенергия и вода, произвеждат твърде много ненужни стоки, което води до прекомерно предлагане, а по този начин произвеждат и много отпадъци. За щастие има надежда, тъй като „страничните продукти“ – на практика отпадъците, които произвеждаме, могат да бъдат рециклирани по доста изненадващи начини, така че просто трябва да бъдем отчаяни и креативни. Високотехнологичните разработки са факт и в сферата на управлението на отпадъците и заводите за преработка на отпадъци, като модернизирането на инструментите, използвани за транспортиране и преработка, вече започна. В Европейския съюз се произвеждат 1,3 милиарда тона отпадъци годишно. След като сме наясно с това, жизненоважно е да разработим и въведем нови и иновативни

технологии, за да произвеждаме по-малко отпадъци, както и да рециклираме, което означава, че тези материали отново се превръщат в нови продукти, суровини или електроенергия. Два процеса целят да съхранят ресурсите на планетата и да използват по-малко дървен материал, вода и електроенергия. За да бъде постигнато това, беше разработена стратегия за управление на отпадъците, която се състои от 3 основни принципа. Нека да видим какво означава това! Първата задача е да се намали количеството отпадъци и по възможност да се избегне произвеждането им. Следващата е повторното използване на материалите в тяхното първоначално състояние или по модифициран начин. Третата е рециклирането, което означава, че материалът може да се използва отново под различна форма. Всички те са полезни и екологични възможности, и ако хората се фокусират върху тях, можем да направим голяма крачка напред за предотвратяването на проблема. Също така можете да допринесете за това на ежедневно ниво! Разделното събиране вече се прилага масово в домакинствата, но за съжаление не всеки гледа на него сериозно.

? В Европейския съюз се произвеждат

1.3 милиарда тона отпадъци

ГОДИШНО

Знаете ли, че • Чрез компресиране на пластмасови бутилки: транспортни разходи – 75% отделени CО2 емисии – 50-90% могат да се намалят поради поограничена нужда от транспортиране. Част от тях се използват повторно от текстилната промишленост като суровина за дрехи (например вълнен плат).

Разделното събиране на отпадъци е много по-ефективно от традиционното, тъй като е възможно последваща обработка, рециклиране и възстановяване на суровини от отпадъците.

реШението се крие В състаВките на материала

то също така намалява количеството отпадъци, отиващо на сметищата, което води до увеличаване на техния живот. следните материали се събират разделно: пластмаса, стъкло, метал и хартия. трябва да имаме предвид, че употребяваните електронни устройства е възможно да съдържат вредни субстанции (олово, живак, хром), които могат да замърсят водата или въздуха и да причинят по-нататъшни проблеми. екологичното управление на отпадъците също така включва компостиране, изхвърляне и по-малко предпочитания метод – изгаряне на отпадъците. органичните растителни отпадъци сами се разлагат в природата, но можем също така да ги използваме като компост. за да улесни този процес, BASF създаде разграждаща се торба за отпадъци. но как се разгражда найлоновата торбичка? решението се крие в съставките на материала. един от компонентите е отчасти произведената от петрол разграждаща се пластмаса, разработена от BASF, а другата е полимлечната киселина, която се извли-

ча от царевично нишесте. комбинацията образува толкова гъвкава пластмаса, че могат да се произвеждат торби за отпадъци. В контролирани условия като повишена температура и влажност, както и при определена киселинна стойност в промишлени заводи за компостиране микроорганизми, гъби и бактерии преобразуват материала в биоотпадъци, вода, въглероден диоксид и биомаса т.е. ценен компост. тази пластмаса не само служи за компост, но също така става за производство на биогаз. биогазът се образува, когато органични материали се разлагат от анаеробни бактерии, които не се нуждаят от въздух за метаболизъм и възпроизвеждане. Произведената по този начин газова смес съдържа около 45-70% метан, който може да се използва поради високото си енергийно състояние. затова в много животновъдни ферми се инсталират биореактори за производство на електроенергия за фермата с цел постигане на устойчивост.

къЩа от отПадъЦи благодарение на унгарско изобретение се произвеждат пластмасови дъски от отпадъци. то се нарича SYLROCK и представлява хомогенен материал, който е киселино-, алкало- и водоустойчив, като времето му за разграждане е 400 години, а това означава, че е много издръжлив. за производството му се използват не само домашни отпадъци, но също така и промишлени. Възможностите му за приложение са безкрайни, например от него могат да бъдат изработени градински и улични мебели. за производството на една дъска са нужни 340 кг отпадъци, което е доста, но за щастие, или по-скоро за нещастие, около нас има огромно количество боклуци: само в европейския съюз

1 милион килотона отпадъци чакат нещо да бъде направено с тях.

Химия на Пластмасата от химична гледна точка пластмасите са изключително разнообразна група с макромолекулярна структура, която се явява тяхна обща характеристика. макромолекулите са съставки с голямо молекулярно тегло и съдържат един или няколко градивни блока. Хиляди от тези блокове могат да бъдат свързани заедно. разбира се, молекулите на пластмасата никога не са с еднакъв размер, но съществува средно молекулярно тегло, което се използва за тяхното описание. По-голямата част от молекулите се доближават доста до това молекулярно тегло. сПоред Формата:

1. линейни Пластмасите се грУПират сПоред ПроизХода си:

2. разклонени 3. кръстосани

1. преобразувани от

естествени макромолекули (растителни – целулоза, нишесте; животински – протеин)

2. изкуствени (поликондензация или верижни полимери)

сПоред обработВаемостта:

1. термопластични 2. термореактивни

За последните 15 години използването на биополимери се е увеличило с 10% на годишна база Характеристиките на базовите пластмаси могат да бъдат променяни чрез добавки като пластификатори, катализатори, инхибитори на корозията, забавители на горенето, филъри/заздравители, лубриканти, инхибитори на стареенето и т.н. В днешно време биоразградимите полимери, накратко биополимерите, придобиват все по-голямо значение, като най-често използваните суровини са нишесте и (поли) млечна киселина. За последните 15 години използването на биополимери се е увеличило с 10% на годишна база. Полимлечната киселина е обещаваща суровина, която може да бъде широко използвана. При подходящите условия тя се разгражда (хидролизира) до блокове на млечна киселина сравнително бързо, като крайните продукти от естественото разграждане са вода и въглероден диоксид.

Растящото население на света се нуждае от все повече енергия, която е предизвикателство за учените. Науката ни предоставя много начини за иновативна употреба на енергията и за по-ефективно оползотворяване на възобновяемата енергия. Прочетете за революцията в осветлението, източниците на светлина, които се нуждаят от все по-малко и по-малко енергия, почти безкрайните възможности на алтернативната енергия и методите за пестене на енергия и защита на околната среда във връзка с транспорта.

интелигентна енергия

Нов поглед към енергийните източници Науката може да бъде от изключителна полза в иновативното използване на енергията. Една от основните цели на учените е разработването на алтернативни методи за използване на вече съществуващи енергийни източници по по-ефективен и екологично чист начин в бъдеще, за да се гарантира устойчивото развитие на земята.

От къде идва енергията и къде отива? В продължение на хиляди години хората са можели да разчитат само на себе си. По-късно са използвали машини, задвижвани от животни. Но в днешно време трудно можете да откриете край себе си инструмент, който да работи без съвременно гориво. Кухненските уреди, телевизорите, компютрите и осветлението се нуждаят от електричество; превозните ни средства също изискват синтетични горива, които се произвеждат в промишлен мащаб. Единственият проблем с това е, че човечеството използва изкопаеми горива, за да ги произвежда: получаваме енергия от изгаряне на добити въглища и нефт. Поради нарастване на населението и увеличаващия се брой модерни градове, потреблението ни на електроенергия също доста се е увеличило: домовете се нуждаят от отопление и охлаждане, обществените сгради и промишлените предприятия изискват

все повече и повече електроенергия, общественият транспорт трябва да бъде подсигурен и последно, но не и по значение, се нуждаем от обществено осветление, което консумира половината от енергията, нужна на един град. Поради увеличаващото се потребление на електроенергия енергийните запаси на земята бавно се изчерпват, като скоро изкопаемите горива ще свършат, а те не се възстановяват лесно, тъй като за разлагането на растения и животни дълбоко в земните недра и превръщането им в богати на енергия материали, минерално масло и въглища са нужни хиляди години. Не е за пренебрегваме и фактът, че прекомерното енергийно потребление е сериозен фактор за замърсяване: димът от заводите и изгорелите газове на автомобилите съдържат големи количества въглероден диоксид и множество други

замърсители, както и парникови газове, които се изпускат в атмосферата и влияят сериозно на бъдещето на планетата ни. Учените осъзнаха това преди няколко десетилетия и поради това насочват вниманието на всички към енергоспестяващо потребление. Също така са разработили иновативни и необикновени енергийни концепции за бъдещето. Те целят да открият начини за по-ефективно използване на съществуващите енергийни източници и подобряване на приложимостта на алтернативните източници на енергия. Информационни графики: например, за огромното количество изкопаеми горива, които сме изразходили през последния един век, или дори тези, които изразходваме ежегодно в момента.

Използването на изкопаеми горива

се е увеличило почти десет пъти през 20 век.

Нашата единствена перспектива: използване на възобновяеми енергийни източници

Вятърна енергия

Така наречената възобновяема енергия, произтичаща от взаимодействието с природни феномени, се използва векове наред в по-малки мащаби: вятърната и водната енергия се използват от мелниците, докато слънчевата и геотермалната енергия се употребяват за нагряване на вода. Време е да преоткрием тези решения, тъй като те разполагат с толкова потенциал, а науката може да ни помогне по-добре да се възползваме от тях, така че да можем да произвеждаме електроенергия по един поекологичен начин.

Една от възобновяемите енергии е вятърната, интересът към която беше възобновен през последните десетилетия, като се създават все повече вятърни ферми чрез използване на модерни технологии за експлоатиране на огромния потенциал на вятъра. През 2013 г. капацитетът за производство на вятърна енергия е бил 318 гигавата, което е почти десет пъти повече в сравнение с периода преди десет години.

Факти и цифри

Вятърната енергия се улавя и преобразува във вятърни ферми, където множество ветрогенератори се намират един до друг. Начинът им на работа е доста прост: вятърните перки, улавящи вятъра, са свързани с турбини, които произвеждат електричество. Чиста електроенергия може да бъде предоставяна не само за жилищни сгради, но и за цели градове. Румънското производство на вятърна енергия е водещо сред страните от Централна и Източна Европа. Страната е увеличила производствения си вятърен капацитет 1,5 пъти за година, като през 2013 г., вятърните й електроцентрали са произвели 2599 мегавата електроенергия.

9% – Вятърната енергия се очаква да снабди повече от 9% от световната електроенергия до 2020 г. В момента числото е около 2,3%. 50% – Дания вече е световен лидер във вятърната енергия, като почти една трета от енергийните нужди на страната се генерират от вятърни турбини. Това съотношение скоро ще бъде повишено на 50%. 35

Материалите и издръжливостта на вятърните перки оказват голямо значение върху ефективността на вятърните турбини, тъй като при 90-метрова височина инсталациите могат да бъдат изложени на ветрове със скорост до 300 км/час. Ето защо инженерите на BASF от немската химическа индустрия разработиха високотехнологично покритие, което е гъвкаво, устойчиво и отблъсква слънчевите UV лъчи. Защитното покритие Relest® остава стабилно дори при най-екстремните метеорологични условия и не пада от перките, което удължава техния живот, а това води до по-евтино производство на екологична електроенергия. Освен това във вятърните турбини се използват серия иновативни материали на BASF, като двукомпонентна система, която се състои от епоксидна смола и втвърдители за производството на роторни перки, както и специални циментови разтвори за кули и основи. Тези подобрения правят възможно строителството на масивни вятърни турбини: текущият рекордьор е вятърна турбина с диаметър от 127 метра, чийто вятърни перки са дълги 60 метра.

скорост на вятъра 300 км/час

90 метрова

ИНОВАТИВНИ МАТЕРИАЛИ ВЪВ ВЯТЪРНИТЕ ТУРБИНИ

Генериране на вятърна енергия над облаците

Индустрията за вятърна енергия се развива бързо: вече се разработват идеи за оползотворяване на енергията на вятъра над облаците. В бъдеще хвърчила, леки самолети и балони могат да се използват за производство на електроенергия. Иновацията Wind Turbine Airborne е една от тези бъдещи електроцентрали. Тя представлява висока 3 метра цилиндрична турбина, пълна с хелий, която има

перка по средата. Задвижваното с хелий устройство може да се издигне до 300 метра височина, където ветровете духат по-силно, и следователно може да бъде генерирана повече електроенергия. Електрическата енергия, произведена от перката, достига модула на генератора на земята посредством кабел.

Слънчева енергия Другата чиста енергия е слънчевата, която може да се използва благодарение на специални оборудвания. Едното е соларните панели, които превръщат слънчевата енергия в топлина, а другото е соларната клетка, която произвежда електричество от енергията на слънцето. В днешно време не е изненадващо да видим такива стъклени чудеса на покривите на сградите, тъй като тяхното инсталиране стана много достъпно, а те лесно могат да бъдат свързани към електроснабдителната система на къщите. Използването на соларни панели в домовете ни е нещо наистина добро: не само защото пестим пари от сметките за електричество, но и защото можем да печелим пари от тях. Излишната електроенергия, която хората произвеждат, но не използват, може да бъде купена от доставчиците на електричество. Използването на слънчева енергия в промишлен мащаб е дори още поползотворно. Следователно в страните, където слънцето грее повече, се строят огромни слънчеви ферми,

където могат да бъдат монтирани дори до 120 000 соларни клетки, способни да произвеждат 2000 мегавата електроенергия годишно. Това количество е достатъчно за снабдяване на 700 хиляди домове с електричество. Но как точно се произвежда електричество от слънчева светлина? Соларната клетка, или фотоволтаичната клетка, е електрическо устройство, което директно преобразува енергията на светлината в електричество чрез фотоволтаичния ефект. Процесът на преобразуване първо изисква материал, който абсорбира слънчевата енергия (фотон), после възбужда електрон до по-високо енергийно състояние, а след това потокът на този високоенергиен електрон към външна електрическа верига. Фотоволтаичните технологии не са нито толкова ефективни, нито толкова рентабилни, за да се конкурират с другите енергийни източници. Сле-

дователно науката има задачата да разработи решения, които помагат на слънчевата енергия да се състезава с традиционните енергийни източници. Тъй като ефективността на соларните клетки основно зависи от качеството на материалите, участващи в процеса, химическата индустрия на BASF разработи решения, които подпомагат производството на енергия, като силициеви пластини и тънкослойни технологии, както и соларни енергийни продукти като панели и клетки. Например компанията произвежда химически добавки, които правят производството на силициеви пластини по-прецизно и евтино, като също така е разработила и уникални UV-стабилни материали от пластмаса, които могат да заменят алуминиевата рамка на соларните панели, което прави соларните клетки по-издръжливи на метеорологичните условия. Освен това множество лепила и изолационни материали на германската компания гарантират издръжливостта на соларните клетки.

знаете ли, че • слънцето съдържа невероятно

количество енергия: цялата ежегодна консумация на електроенергия на човечеството ще бъде изцяло задоволено от енергията, произведена от слънцето за един час, стига да можем да я използваме изцяло.

Факти и цифри 1248 гигават часа – това е количеството електроенергия, произведено от соларни електроцентрали в целия свят за 2013 г.

също така съществуват и соларни ферми, където соларната енергия се насочва чрез подвижни огледала, наречени хелиостати, чрез които те директно произвеждат топлина. те се наричат хелиотермални ферми. най-голямата хелиотермална ферма в света, която е с площ от 6 квадратни километра, се намира в пустинята мохаве на границата между калифорния и невада. капацитетът на нейните 300 000 огледала е 392 мегавата, което е достатъчно електроенергия за 140 000 домакинства. най-голямата хелиотермална ферма в европа е Planta Solar 10, която се намира в севиля, испания.

слънЦе В комина слънчевата вятърна кула, известна и като слънчев комин, е нова алтернатива в сферата на възобновяемите енергийни източници. изобретението е базирано на хилядолетен факт, че топлият въздух се издига нагоре. Функционира по следния начин: въздухът се нагрява от слънчева енергия, която генерира вертикален въздушен поток в кулата, а той задвижва вятърните турбини на кулата, което произвежда електроенергия. В момента такава кула има в китай, но много други страни се канят да монтират подобни, като в австралийската пустиня, където въздухът близо до повърхността е много горещ. според плановете тази кула ще бъде една от най-високите сгради в света, като височината й ще бъде между 750 и 1000 метра.

Водна енергия Водната енергия е различна от другите възобновяеми енергийни източници, защото е постоянно достъпна; вятърът не винаги духа и можем да очакваме слънцето да грее само през деня, но водата не спира да тече, което я прави по-надежден енергиен източник. Не е случайност, че тази екологична енергия е най-разпространена: почти 20% от световното електричество се произвежда чрез енергията на водата, което прави около 2030 тераватчаса. Това е стотици пъти повече от

капацитета на работещите в момента вятърни ферми. Изчислено е, че капацитетът на общата налична в света водна енергия е десет пъти по-голям, което значи, че все още има неизползван потенциал. Поради бързотечащите си планински реки, най-големите потребители на водна енергия са Норвегия, Швейцария, Италия, Швеция и Финландия. Също по тази причина Норвегия е световен лидер в използването на възобновяеми енергии.

Водната енергия се добива във водноелектрически централи, където обикновено язовир блокира пътя на реката, а нейната енергия се преобразува в електричество чрез вятърни турбини и електрически генератори. Освен това съществуват и вълнови електроцентрали, които използват енергията от постоянното вълнение на морето. Въпреки че тази сфера все още не е достатъчно добре разработена, според енергийните експерти, 15% от световното електричество може да се произвежда от

вълни от моретата и океаните, което е огромно количество, и точно два пъти повече от текущо произвежданото от ядрените електроцентрали по целия свят. Всичко това показва, че задачата на днешните и бъдещите инженери е да преоткрият тези природни технологии и да създадат по-ефективни екологични електроцентрали, използвайки съвременни материали и модерни компютърни системи.

Факти и цифри Знаете ли, че

• Неизчерпаемата енергия на водата също така може да се

използва за производство на електроенергия в бавно течащи реки. Този метод е позабравен, но се използва от 12 век в приливните електроцентрали. Идеята е, че енергията от движението на водата между приливите и отливите се използва от малки вятърни турбини. Това екологично решение вече има по-ограничено приложение, отколкото през 18 век и периода на индустриализацията, тъй като те не бяха толкова ефективни, колкото минералните масла и въглищата.

20% от световните енергийни нужди се задоволяват от водна енергия. 39

Енергия от отпадъци Биогазът е все по-значим фактор в енергийното производство. Може да се произвежда от локално достъпни суровини като например рециклирани отпадъци. Също така той е възобновяем енергиен източник и в много случаи има доста малък въглероден отпечатък. Биогазът се произвежда от анаеробно разлагане

с анаеробни бактерии или ферментиране на биоразградими материали като тор, канални води, битови отпадъци, зелени отпадъци, растителен материал и посеви. Метанът, водородът и въглеродният моноксид (CO) са газове, които могат да бъдат възпламенени или окислени чрез кислород. Това освобождаване на

Енергията е навсякъде, само трябва да знаем как да я използваме Освен все по-разнообразната употреба на възобновяеми енергийни източници, изобретателни учени произвеждат електроенергия по доста невероятни начини. Например, за да се използва кинетична или механична енергия, са нужни само малко въображение и някои иновативни научни решения. В

няколко града са поставени сензори в асфалта или тротоара, които използват енергията от стъпките на пешеходците. Най-успешното приложение на идеята беше представено по време на Олимпийските игри в Лондон. Оттогава подобни енергийни настилки функционират в Израел, в Тулуза, Франция, както

енергия позволява биогазът да бъде използван като гориво, като може да бъде употребен и за всякакви отоплителни цели, например за готвене. Може също така да бъде използван в газов двигател за преобразуване на енергията на газ в електричество и топлина.

? и в Токио. Нещо повече, изобретателен собственик на дискотека е инсталирал първия в света устойчив дансинг в Нидерландия, който акумулира кинетична енергия от движенията на танцьорите, след което произвежда електричество чрез генератори.

Кинетичен футболен терен Наскоро беше открит първият кинетичен футболен терен в Бразилия. Под игрището се намират около 200 акумулиращи енергия плочки, които улавят движенията на играчите и произвеждат електричество. Край терена са инсталирани и соларни панели. 80% от използваната електроенергия на игрището през деня се произвежда от соларни панели, докато кинетични плочки осигуряват 100% от енергията, необходима през нощта.

Факти и цифри 53% – това е допълнителното количество електроенергия, от което ще се нуждае човечеството през 2030 г., ако не я пестим. 16% – това е допълнителното количество електроенергия, от което ще се нуждае човечеството през 2030 г., ако я пестим.

Не разпилявайте! Изследователите на бъдещето са съгласни, че идващата енергийна криза може само частично да се разреши чрез използването на възобновяемите енергии и интелигентните решения, споменати по-горе: пестенето на електроенергия и намаляването на световните енергийни нужди са също поне толкова важни. Според изчисленията, ако продължим да разпиляваме, енергийните нужди на човечеството ще се удвоят до 2030 г., което означава двойно увеличение и на емисиите на въглероден диоксид. Но ако започнем да пестим електроенергия, енергийните ни нужди ще нараснат само с 16%. Жителите на градовете имат сериозна отговорност да пестят енергия, тъй като по-голямата част от електроенергията се изразходва в големите градове. Промишлените предприятия също трябва да се променят, тъй като те използват много повече електроенергия в сравнение с домакинствата. Тяхна задача е да разработят собствени технологии и да оптимизират процесите си, за да намалят енергийното потребление. Процесът вече е започнал, като редица големи промишлени заводи бяха модернизирани, за да пестят електроенергия.

Но ако започнем да пестим електроенергия енергийните ни нужди ще нараснат само с

16%

СЪВЕТИ

за пестене на електроенергия: • Намалете отоплението: Понижаването на температурата в дома ви със само 1°C може да намали разходите за елек- троенергия с 6%. • Заменете традиционните крушки у дома с екологично свето- диодно осветление. То изразходва 90% по-малко електрое- нергия и издържа години! • Когато кипвате вода, преценете от колко точно се нуждаете, и кипнете само количеството, което възнамерявате да из- ползвате; така ще спестите не само електроенергия, но и вода. • Забравете за режима на готовност! Машините в режим на готовност също въртят електромера, така че по-добре вина ги да изключвате от контакта електрическите устройства, след като сте ги използвали. • Подобрете изолацията на дома си! Най-големите енергий- ни загуби в домакинствата се причиняват от разпиляване на топлина, така че е много важно всички прозорци и врати да са добре изолирани.

Химия на соларните клетки Соларните клетки съдържат два типа материал, които често са наричани pтип и n-тип полупроводници. Светлина с определена дължина е способна да йонизира атомите на полупроводника, като падащите фотони произвеждат допълнителни носители на заряд. Поголямата част от положителните носители на заряд (дупки) могат да бъдат открити в p-слоя, докато отрицателните носители на заряд (електрони) – в n-слоя. Въпреки че носители на заряд от двата противоположно заредени слоя се привличат, те могат да се комбинират повторно само чрез преминаване през външна верига поради потенциалните стъпки между тях.

Източниците на осветление на бъдещето Осветителните технологии също са обект на иновативни разработки. Волфрамовите лампи и халогенните крушки бавно се подменят с енергийно-ефективно и интелигентно светодиодно и OLED осветление. Изследователите работят върху това да разполагаме с естествена светлина дори в затворени помещения, без да слагаме крушки в бъдещите лампи.

И стана светлина Очевидно е, че изобретението от 19 век на Томас Алва Едисон – лампата с нажежаема жичка, изцяло промени света. В миналото дейностите са се вършили през деня и на дневна светлина: хората са си лягали рано вечерта и са се събуждали при изгрев слънце. Хората в днешно време използват светлината, вместо да се приспособяват към нея, тъй като се нуждаем от нея и късно вечерта. Всъщност ние се нуждаем от светлина и по време на деня, тъй като вече не прекарваме по-голямата част от деня си навън, а вътре, където в повечето случаи естествена светлина липсва. Единственият проблем е, че осветлението изисква 19% от общото производство на електроенергия на земята. Човечеството се нуждае от все повече светлина за разработването на технологии и промяната в начина си на живот, като това е причината енергийноефективното осветление да е толкова важно. Като намаляваме енергията, използвана за осветление, вредните емисии на въглероден диоксид могат също сериозно да бъдат ограничени. Ето защо инженери и изследователи разработват нови, непознати досега решения за осветление с помощта на науката.

Знаете ли, че • Зимното и лятното часово

време са били въведени, за да се пести от електроенергията за осветление. Това действие спестява електроенергия, която се равнява на около 300 000 тона нефт.

Теория на светлината Преди да разгледаме иновативните осветителни решения на науката, нека да видим какви източници на осветление са налични на земята:

Източниците на светлина или устройствата, които произвеждат видима светлина, могат да бъдат разделени в две групи. 1. 2.

Първични светлинни източници, които сами излъчват светлина

Вторични светлинни източници, които само отразяват или разпръскват светлината на други източници на светлина.

Според принципа си на работа те също се разделят на няколко големи групи

1. 2.

естествени: небесни тела, светкавици, северни сияния, биолуминисцентно излъчване на светлина от жив организъм с горене: фенерче, свещ, газова лампа, огън, магма

4. 5.

електрически: лампа с нажежаема жичка, волфрамови лампи и халогенни крушки електролуминисцентни светодиоди с ниско налягане газоразрядна лампа (компактна) флуоресцентна лампа, индукционна лампа с високо налягане газоразрядна лампа живачна дъгова лампа, ксенонова дъгова лампа химични: хемилуминесценция този феномен придружава химичните реакции, при които бива създаден продукт във възбудено състояние, и когато това състояние приключи, се формира светлинен квант. други: термална радиация, лазер 45

Светлинна еволюция Сравнено с други сфери на науката е изненадващо колко бавно е еволюирало осветлението. Трябвало е да почакаме повече от 100 години, за да бъде произведена първата енергийноефективна крушка: може и да не ви се вярва, но крушки, работещи на същия принцип като тези, изобретени от Едисон през 19 век, дори и днес се използват на много места. Но защо бяха нужни разработки? Крушката с нажежаема жичка не е ефективна, тъй като 90% от енергията се губи като топлина, а само 10% се използва за производство на светлина. Това е невероятно прахосване, като се има предвид, че енергийните ни запаси са изчерпаеми (за повече информация по тази тема, вижте статията ни „Енергия“.)

Прахосването трябва да бъде спряно колко е възможно по-бързо, като за целта Европейската комисия прие Зелена книга и стартира консултации за бъдещи екологични и енергоспестяващи осветителни технологии. Целта е до 2020 г. в европейските страни да се намали с 20% енергийната консумация, свързана с осветлението. Разпространението на крушки с нажежаема жичка постепенно ще престане в рамките на Европейския съюз през следващите няколко години, в резултат на което крушките в домакинствата, офисите и публичните пространства трябва да бъдат заменени с енергийноефективни светлинни източници. През последното десетилетие също така започнаха да се появяват халогенни

Крушката с нажежаема жичка не е ефективна, тъй като 90% от енергията се губи като топлина, а само 10% се използва за производство на светлина.

лампи, в което е поставен халоген (йод илибром). Тази нажежаема жичка има по-висока температура от използваните във волфрамовите лампи, като крушката е изработена от закалено стъкло или кварц. Икономичните флуоресцентни лампи също са доста популярни, като при тях се създава видима светлина чрез освобождаването на газова смесица от живак и аргон между нажежаемите жички, което води до UV радиация, която възбужда фосфорите вътре във флуоресцентната лампа, които излъчват видима светлина. Най-обещаващата алтернатива е LED (светодиод) или неговата органична версия – OLED (органичен светодиод), който също така е познат като твърдотелен светлинен източник (SSL).

Знаете ли, че

• може и да не ви се вярва, но

крушки, работещи на същия принцип като тези, изобретени от Едисон през 19 век, дори и днес се използват на много места.

LED и OLED Разпространението на LED светлини и OLED технологии е безспорно, като те имат няколко предимства, сравнено с лампите с нажежаема жичка. Първо, те имат по-добра енергийна ефективност; второ, жизненият им цикъл може да бъде 40-60 години. При LED светлинните източници светлината се генерира от диод, свързан към електричеството, който възбужда електроните на атомите в материала на диода, което ги кара да минат на по-високо енергийно ниво (орбита на електро-

на); след като се върнат към първоначалното си енергийно ниво, те излъчват фотони, т.е. светлина. Разликата между LED и OLED е в буквата „о“, която означава „органичен“. Докато LED светодиодите използват миниатюрни кристали, базирани например на галиев нитрид, OLED са направени от подобни на пигмент органични съставки, които обикновено служат за покриване на основен материал чрез отлагане на пари. Органичните светодиоди (OLED) създават свят, в който е

възможно тапети и стъкла на прозорци да се превърнат в източник на светлина през нощта. Експертите са убедени, че чрез следващите няколко години тези обещаващи пестящи технологии могат да предизвикат революция в осветителния сектор. Очакванията спрямо OLED светодиодите са високи; те се очаква да станат по-ефективни от всички съществуващи източници на осветление и някой ден да могат да конвертират почти 100% от подадената енергия в светлина.

Разликата между LED и OLED е в буквата „о“, която означава „органичен“.

Интелигентен източник на осветление Интелигентният източник на осветление LIFX спечели златния медал на наградата за осветление „Едисон“ през 2014 г. Тя е пестяща електричество светодиодна крушка с променящи се цветове и Wi-Fi, като може да бъде управлявана чрез смартфон посредством безплатно приложение. Това предоставя невероятно преживяване за потребителите: 16 милиона цвята, програмируема светлина и ефекти, като осветлението може да бъде хармонизирано дори с любимата ви музика. Светлинният поток от максимум 1000 лумена може да бъде използван в период до 25 години.

Светлинният поток от максимум 1000 лумена може да бъде използван в период до 25 години.

Преоткрито осветление Невероятното предимство на OLED светодиодите може да бъде ефективно и творчески приложено в потребителската електроника от разработчиците. Представете си гъвкав, навиващ се телевизор! Осъществяването на това е възможно, ако OLED дисплеят бъде внедрен в тънък пластмасов слой. Наборът от възможности е почти безкраен. Изследователите на BASF вече

са разработили тънък светлинен източник, който, поставен на покрива на автомобил, работи като соларен панел, в противен случай функционира като източник на светлина, а когато е напълно изключен, е изцяло прозрачен. Подобен автомобил със „стъклен покрив“ акумулира електричество през деня, след което вечерта осветява интериора на автомобила.

Как работят OLED светодиодите?

ви

В ро

в ку ли

м ет

36 5 ГОДИНАТА ДНИ

22 Щ ЧАСАи ИЕТО

ДЕНОНО

LED осветлението може да се използва ефективно и в други сфери, например за отглеждане на растения на закрито, тъй като може перфектно да имитира слънцето. В експерименталната станция на американските Green Sense Farms се отглеждат маруля, къдраво зеле, босилек и сибирски лук в стаи с климатик и изкуствено LED осветление. Те растат 22 часа в денонощието, 365 дни в годината, в 8-метрови кули, напълно предпазени от вредители и окъпани в нетипична розова светлина. Разбира се, това осветление не е същото като излъчваното от нормалните светодиоди, но с дължина на вълната на потока, която е нужна за растежа на растенията. Решението е особено добро за малки растения с повече листа, но науката вероятно ще разработи изкуствено и подхранващо осветление и за житни растения, които се произвеждат в големи количества, като например царевица и пшеница.

ложителните заряди потичат към средата на сандвича и се съединяват. Правейки това, те карат молекулите вътре да светят. Тъй като органичните слоеве са изключително чувствителни на вода и кислород, те трябва да бъдат капсулирани за тяхна безопасност.

ма ру ля си ,к би ъд рс ра ки во лу зе к ле ра ,б ст ос ат ил ек

OLED светодиодите са изработени като сандвич с пълнеж, съставен от много тънки слоеве органичен материал. Слоевете са поставени между положително зареден анод и отрицателно зареден катод. Когато през тях премине електричество, електроните и по-

Факти и цифри При електрическите

5-10

крушки, халогенните лампи

Органичните светодиоди издържат от 5 до 10 пъти повече от лампите с нажежаеми жички.

и енергоспестяващите осветителни тела голяма част от електроенергията се пре-

40.000

Работни часове на един светодиод.

10.000

Текущи работни часове на един органичен светодиод.

връща в топлина, вместо в светлина – например повърхността на една 100-ватова електрическа крушка достига температура над 200°C, когато е запалена. За разлика от тях, органичните светодиоди, разработени в Дрезден, запазват температура от около 30°C, която е по-ниска от тази на човешкото тяло и съответно винаги е безопасна. 51

Интелигентен дом, интелигентно осветление Разбира се, автоматизирането достигна и осветителните технологии. В един съвременен дом, който е оборудван с интелигентна система за контрол, можем не само да включваме и изключваме осветлението, или пък да контролираме силата му, но могат да бъдат запазени и лични настройки. Любимите ви предпочитания могат да бъдат извиквани във всеки един момент, като всички лампи в дома могат да бъдат настроени с едно докосване според

вашата нагласа, времето на деня или дейностите, които извършвате. Но потенциалът на OLED технологиите се простира отвъд обикновените лампи и програми за осветление. Тяхната светлина е по-галеща, по-мека и по-прощаваща от всеки друг източник на светлина, по тази причина изобретателите я наричат „светлина за благоденствие“. Тайната на техния фактор за добро настроение се крие в начина, по който излъчват светлина. За разли-

ка от всички предишни и настоящи изкуствени източници на светлина, OLED светодиодите не излъчват светлина от една точка; те са равномерен светлинен източник. При органичните светодиоди също така е възможно да се регулира цветовата температура и да се адаптира осветлението към времето от деня. Така че е възможно да имате топла бяла светлина сутрин и вечер, а през деня тя да бъде студена и бяла.

Тяхната светлина е по-галеща, по-мека и по-прощаваща от всеки друг източник на светлина, по тази причина изобретателите я наричат „светлина за благоденствие“.

Синият въпрос Само правилната смесица от червена, зелена и синя светлина произвежда бялата светлина на органичните светодиоди (OLED). Но досега производителите трябваше да се задоволят със син оттенък, който е сравнително неефективен. Флуоресцентните излъчватели на пазара в момента преобразуват не повече от четвърт от електроенергията в светлина, а останалото се превръща в топлина. Химиците на BASF започнаха да търсят решение на „синия проблем“ преди няколко

Друго свойство на органичните светодиоди също така вдъхновява дизайнерите на осветление. Те са изработени от много тънки органични материали, като в обозримо бъдеще може да е възможно да се поставят като вторичен слой върху тапети, тавани и прозорци. Това би позволило таванът да създаде перфектна илюзия за лятно небе или пък стена да се превърне във виртуална пролетна ливада. Когато

са изключени, органичните светодиоди са бели, отразяващи светлината или прозрачни – така че могат да се използват за създаване на прозорци, които пропускат слънчевата светлина през деня, а след това се превръщат в плоски лампи през нощта. Маломощните диоди могат да вдъхновят не само дизайнерите, но могат също така да се използват в модата, в дизайна на мебели и бижута, или в изящните изкуства.

години. Те откриха молекули, които светят синьо и могат да преобразуват почти цялата енергия в светлина. Молекулите присъстват във високоефективните фосфоресцентни излъчватели, използвани в органичните светодиоди. Но имаше само една уловка: животът им траеше няколко минути. До 2016 г. сините молекули на BASF трябва да разполагат с необходимата дълбочина на цветове, за да могат да се използват в дисплейната индустрия.

Естественото осветление, предизвикващо добро настроение, в бъдеще може да се използва в болници и при операции. Идват запитвания от музеи, заинтересовани от деликатен светлинен източник без UV лъчи и силни топлинни емисии. Япония вече е една крачка напред; първите изложбени зали вече са оборудвани с органични светодиоди.

Светещи растения – произвеждащи светлина растения в ролята на лампи Може да звучи невероятно, но е възможно в бъдеще да нямаме нужда от улично осветление. Вместо това светлината ще бъде подсигурена от растения, растящи край пътя. Изследователски екип в Сан Франциско работи върху производството на светещи растения чрез синтетична биология. Според плановете синтетични ДНК сегменти, базирани на ДНК от светулки и светещи морски бактерии, ще бъдат имплантирани в растенията.

Лазерът като източник на светлина За повечето от нас лазерът е цветна смесица от бляскави светлини, но това не важи за всеки. Стивън Денбаарс, учен-изследовател в Калифорнийския университет Санта Барбара, смята, че лазерната светлина може по перфектен начин да замени традиционните лампи, като например целият таван на една стая може да светне сякаш е един голям прозорец. Или си представете бални зали в хотели, в които десетки или стотици крушки са заменени от само няколко изключително ярки източника на светлина. На пръв поглед изглежда, че няма

нищо общо между топлото сияние на обикновената крушка, която създава светлина чрез нагряване на жичка, докато тя побелее от горещина, и лазера, който генерира светлина в единична дължина на вълната и изстрелва фокусиран лъч към миниатюрна цел. Общото е LED технологията – оказва се, че типът лазери, върху които работи Денбаарс, са базирани на съществуващи светодиоди и се наричат „лазерни диоди“. Технологията е много подобна на LED светлина. Материалите са идентични, но когато поставите две огледала от всяка страна на светоди-

ода, той се превръща в лазер. След като получите отражение назад и напред, се получава усилващ ефект, като се преминава от нормално към стимулирано излъчване – подобно е на лавина. Най-добрите лазерни диоди са толкова ефективни в превръщането на електричество в светлина, колкото и купените от магазина светодиоди, но с една важна разлика: можете да подадете над 2000 пъти повече електричество в един лазерен диод. На теория това означава, че един лазерен диод може да произведе 2000 пъти повече светлина на квадратен сантиметър.

Естествената светлина е от значение! Най-икономичният светлинен източник очевидно е слънцето, поради това съвременната архитектура се опитва да черпи от него чрез използване на стъклени предверия и покриви. Едно много просто решение, което се използва все по-често, е вкарването на директна слънчева светлина в апартаментите. Това творческо решение не е нещо ново и често се използва в технологично недоразвити области: употребявана пластмасова бутилка се пълни с вода и се добавя малко количество бели-

на, за да се стерилизира течността и да се поддържа чиста. След това бутилката се поставя вертикално в изрязана дупка на покрива, закрепена срещу падане и уплътнена с малко гума. Импровизираната крушка е готова. Когато слънцето навън освети бутилката, водата вътре пречупва светлината и осветява вътрешността на колибата без да се използва електричество. По-съвременен подход е когато слънчевата светлина се вкара в

стаята чрез соларна тръба, която функционира като активна призма. Тя е директно вградена в структурата на покрива. От другата страна има светлинен колектор, от където светлината пътува до другата страна на тръбата, която вече е в стаята, посредством огледала. Най-модерните съоръжения могат да препращат светлината на разстояние до 6 метра без загуби. По този начин една стая без прозорци и площ до 25 квадратни метра може лесно да бъде осветена със слънчева светлина.

LED светодиод с нобелова награда През 2014 г. Нобеловата награда за физика беше връчена на двама японски и един американски изследовател – Исаму Акасаки, Хироши Амано и Шуджи Накамура – „за изобретяването на ефективни сини светодиоди, което позволява ярка и екологична светлина от светлинни източници“. Наградените учени са направили епохалното откритие в началото на 90-те. Първите светодиоди, т.е. LED, са изработени чрез 60-те. Те са били способни само да произвеждат инфрачервена светлина: до този момент можехте да ги откриете в дистанционните управления. Учените изработиха все

по-ярки светодиоди, като червените и след това зелените светодиоди също се появиха на спектъра на дължини на вълните. Но синята светлина упорстваше и не беше възможно да се произведе син светодиод, а без синия компонент не е възможно да се създаде и бяла светлина. Базираните на галиев нитрид сини светодиоди, създадени преди 20 години, са били първите, способни да произведат висока яркост, така че най-накрая било възможно комбинирано (червено + зелено + синьо) производство на светодиоди, излъчващи бяла светлина. 55

Нови перспективи в транспорта Транспортът се превърна във важна част от ежедневието ни, но въпреки това изразходва огромно количество енергия и води до високи емисии на вредни вещества – изгорелите газове от стотици милиони автомобили замърсяват въздуха всеки ден. Очевидно устойчивото развитие трябва да включва коренна промяна на транспорта, за което може да помогне науката.

Ежедневните ни спътници: автомобилите Автомобилите станаха част от ежедневието ни едва през последните сто години – но до такава степен, че не можем да си представим какво щяхме да правим, ако ги нямаше. Увеличаващият се брой на моторните превозни средства обаче допринася за изчерпването на запасите от нефт и въглища, т.е. източниците на енергия от изкопаеми горива, тъй като повечето ни автомобили използват бензин или дизел, които се произвеждат от нефт. Освен това изгорелите им газове съдържат за-

мърсяващи газове като въглероден диоксид, въглероден оксид, азотни оксиди и въглеводороди. Предвижда се, че през 2021 г. по пътищата в цял свят ще се движат 1,2 милиарда автомобила, или с почти 300 милиона повече от днес. Към днешна дата транспортът причинява 50% от цялостното замърсяване на въздуха, което означава, че едно от най-големите ни предизвикателства е да намалим драстично тази цифра.

Факти и цифри Всеки ден 95 500 нови превозни средства излизат на пътя в цял свят. През 2021 г. в света ще има приблизително 1,2 милиарда превозни средства. Моторните превозни средства отговарят за 40% от замърсяването на въздуха в Европа. Над 80% от пътуванията с автомобили в Европа са на разстояние под 20 километра.

Ренесансът на велосипеда Мнозина преминават от четири на две гуми и пътуват от дома до училището или работното си място с велосипед – някои искат да защитят околната среда, други имат по-практични причини. Интересен факт е, че годишно се произвеждат два пъти повече велосипеди, отколкото автомобили, а през последното десетилетие има огромен ръст на продажбите на велосипеди. Има страни, в които велосипедите са истинска традиция, например Нидерландия, където велосипедите са повече от населението. Ситуацията е подобна в Китай и страните от югоизточна Азия, въпреки че там се използват и електрически велосипеди заради по-големите разстояния. За нарастващата популярност на велосипедите свидетелстват все повечето уникални материали и модерни дизайни, които правят велосипедите дори още поудобни, безопасни и неповторими. Едно от последните нововъведения са рамките от дърво или бамбук, които са изключително гъвкави и издръжливи. BASF участва в създаването на иновативни материали и има свой собствен концептуален велосипед, който съчетава спомените за миналото и обещанията за подобро бъдеще. „Концепция 1865“ прилича на произвежданите преди 150 години велосипеди, но включва 24 висококачествени инженерни пластмаси, специални пенопласти и материали от епоксидна смола и полиуретан, които придават уникален външен вид на велосипедите и предлагат несравнимо изживяване.

Електрическите автомобили – превозните средства на бъдещето? Производителите и доставчиците на автомобили се опитват да измислят как да намалят разхода на гориво и отделяните емисии въпреки рязкото увеличение на търсенето на превозни средства. Първото решение на учените бяха електрическите автомобили, които се задвижват от електрически мотор с презареждаща се батерия. Хибридите бяха тези, които първи се появиха масово по пътищата. Те съчетават двигател с вътрешно горене с електрически мотор, за да намалят разхода на гориво и вредните емисии. Предимството им е, че използват ефективно електрическото задвижване в градската среда, където разстоянията са кратки, и превключват към традиционния двигател за по-дълги разстояния и по-високи скорости. Ключовата част на електрическите автомобили е акумулаторната батерия, която съхранява енергията.

Истинският напредък дойде с появата на литиевите батерии, които са много по-мощни от предшествениците си. Колите могат да изминат 150 - 200 километра с едно зареждане, което е повече от достатъчно за пътуванията в града, а вечер можете да заредите автомобила също като мобилен телефон. Въпреки това учените мечтаят да намерят решение, при което едно зареждане да стига за по-дълги разстояния. Инженерите от химическата компания BASF работят върху следващите поколения батерии. Комбинацията от литий със сяра или въздух може да увеличи енергийния капацитет на батериите, което означава, че автомобилите биха могли да изминават до 400 километра с едно зареждане. Друго решение за подобряване на енергийната ефективност може да бъдат плъгин хибридните електрически автомобили (PHEV).

Тези коли имат по-мощна батерия, която може да се презарежда от стандартен електрически контакт. Те разполагат и с двигател с вътрешно горене, който помага за зареждането на електрическата батерия и увеличава пробега, но употребата му е минимална поради по-големите възможности на батерията. Панелите за съхранение на енергия в каросерията може да се окажат друго обещаващо нововъведение. Понастоящем някои европейски компании разработват и тестват панели, които могат да съхраняват енергия и да се зареждат по-бързо от традиционните батерии. Панелите съдържат полимерни нишки и въглеродна смола, които са достатъчно здрави, за да се използват в автомобилостроенето, както и достатъчно пластични, за да се оформят в панели.

Факти и цифри Знаете ли, че • Не е вярно, че електрическите автомобили са бавни. Един от най-бързите електромобили на света е Rimac Concept One, създаден от младия хърватски изобретател Мате Римач, който развива 300 км/ч благодарение на двигателя си с 1088 к.с.

500.000 – броят на електрическите автомобили в цял свят +100% – очакваното увеличение на броя на електрическите автомобили до 2022 г. 2040. г. – всеки втори нов автомобил ще е хибрид. 58

Водородна електроцентрала в автомобила Обещаваща възможност за създаването на екологични автомобили с нулеви емисии на вредни вещества е горивната клетка, която създава електрическа енергия вътре в автомобила чрез химическа реакция между водорода и кислорода. Химическата енергия от реакцията на двата елемента се преобразува в електричество, топлина и вода, така че от ауспуха излиза единствено пара. Пробегът на оборудваните с горивни клетки автомобили е сравним с този на превозните средства

с бензинови двигатели. Те предлагат същата динамика и пробег като традиционните автомобили, но пред учените все още има предизвикателства, които трябва да се преодолеят. Те трябва да намерят най-подходящото място, където да поставят голям резервоар за водород, както и да намалят теглото на горивната клетка. Не на последно място трябва да се създаде верига от бензиностанции, където автомобилите с горивни клетки да зареждат водород вместо бензин.

Летателни апарати с водородно задвижване вече са реалност Преди няколко години Германският аерокосмически център (DLR) и Lange Aviation разработиха първия в света самолет с изцяло водородно задвижване – Antares DLR-H2. Малкият моторен глайдер е почти безшумен и не отделя изгорели газове, а само пара. Сърцето на системата на горивните клетки, която е разположена под крилата, представлява разработена от BASF електродна мембрана, чието революционно нововъведение е, че толерира работна температура до 180 °C, като по този начин не са необходими множество скъпи части, включително и охладителна система. Германският аерокосмически център планира да оборудва пътническите самолети Airbus A320 с иновативните горивни клетки, за да подобри ефективността на електроснабдяването на тези огромни самолети.

Химията намира своя път в автомобилите Без никакво съмнение едно от основните изисквания пред автомобилите на бъдещето е внимателният подбор на материалите – учените трябва да се уверят, че панелите в каросерията са възможно най-безопасни, удобни и леки. Това е предизвикателство, пред което са изправени и инженерите по дизайна във Формула 1, които искат да намалят теглото на болидите заради високите скорости, докато преимуществото на свръхлекия дизайн в ежедневния транспорт е, че автомобилите ще имат по-нисък разход на гориво. Разработваните от химическата промишленост иновативни пластмаси се използват все по-често, за да се олекотят автомобилите.

Факти и цифри Модерните автомобили вече съдържат около 15% пластмаса. Съдържанието на пластмаса може да нарасне до 25% до няколко години. 60

Вече сме свикнали да намираме пластмасови елементи в интериора на автомобилите, но все повече други части, включително капаците и други елементи от двигателя, се изработват от технически пластмаси. Отделът за автомобилната индустрия на BASF разработи няколко вида пластмаси със специфични функции, които издържат на изключително високи температури, като например за стабилните части от системата за циркулация на маслото, или са много гъвкави и могат да се използват за механичните части в двигателя. Друго революционно нововъведение на германската химическа компания са джантите от висококачествена пластмаса, които намаляват значително теглото на всяко колело – с три килограма. За разлика от

традиционните полиамидни композитни материали тази нова пластмаса съдържа дълги, подсилващи стъклени нишки, които предлагат голяма поносимост на деформация. Пластмасовите джанти за автомобили са създадени за електрически автомобил smart forvision, който е разработен заедно с Daimler. Вратите и други елементи от шасито на тази малка кола са направени от висококачествен композитен материал – подсилена с въглеродни нишки епоксидна смола, благодарение на която автомобилът тежи наполовина на автомобилите от традиционни материали. Моделът разполага с последните нововъведения в автомобилостроенето, а именно:

Инфрачервен отражателен слой В предното стъкло и страничните прозорци има нов инфрачервен отражателен слой, който защитава интериора на автомобила от нагряване.

Висококачествена композитна рамка Пътническата клетка и други компоненти, например вратите, се произвеждат от подсилена с въглеродни нишки епоксидна смола – висококачествен композитен материал. Подобни материали са 50% полеки от стоманата.

Висококачествени изолационни пенопласти Панелите на каросерията са оборудвани с висококачествени изолационни пенопласти от BASF. Те помагат да се създаде приятна температура в автомобила.

Прозрачен соларен покрив

Дори и при слаба светлина шестоъгълните прозрачни органични фотоволтаични клетки (OPV) генерират достатъчно енергия, за да захранват мултимедийните компоненти и вентилаторите, които спомагат за климатизацията. Прозрачни OLED светлини (органични светодиоди) осветяват интериора при отварянето на врата или натискането на бутон. Когато бъдат изключени, през тях се вижда ясно навън.

Инфрачервени отражателни покрития Инфрачервените отражателни и издръжливи на надраскване покрития поддържат системата за управление на температурата. Благодарение на специалните пигменти на BASF тъмните елементи от интериора също са защитени от нагряване.

Изцяло пластмасови джанти Първите в света изцяло пластмасови джанти от нов висококачествен материал намаляват теглото на автомобила с три килограма на гума. Новата пластмаса има подобрени свойства – отлична топлинна и химическа стабилност, динамична сила, здравина и добри характеристики при непрекъсната употреба. 63

електронен текстил електронният текстил представлява платове с поръчкови проводими покрития. те заместват традиционното отопление на седалките. осигуряват приятно усещане за топлина с директно нагряване на тялото при облегалките.

многоФУнкЦионална Удобна седалка седалките предлагат уникално съчетание от управление на температурата и лек дизайн. новият самоносещ пластмасов корпус образува основата на седалката. Пенопластът осигурява удобство и намалява теглото на седалката. мекият вълнен плат съдържа свръхабсорбиращи материали, които предлагат още повече удобство, като попиват влагата.

Нещо ново, което да замести бензина Учените отдавна се опитват да създадат автомобил, който използва различно от бензина и дизела гориво. В момента биоетанолът и биодизелът са най-често използваните алтернативни горива, които се произвеждат от специално отглеждани за тази цел растения, а не от изкопаеми горива от дълбините на Земята. За производството на биоетанол се използват така наречените енергийни култури като цвекло и царевица, докато биодизелът се произвежда от растения с високо съдържание на мазнини, най-вече рапица и слънчоглед. За тези горива обаче са необходими огромни количества растения – за производството на 100 литра биоетанол е нужна повече

царевица, отколкото човек може да изяде за една година. Поради тази причина не може да се приеме, че биологичните горива са екологични, въпреки че автомобилите отделят по-малко вредни вещества, ако се задвижват с гориво от растения. Най-обещаващото гориво обаче е самият въздух. Peugeot и Citroën разработиха в сътрудничество хибриден автомобил, който се задвижва чрез хидравлична система със сгъстен въздух. Хибридът разполага и с бензинов двигател, който се включва при голямо натоварване – например при движение по наклон или с висока скорост. Продажбите на автомобила на име Hybrid Air ще започнат през 2016 г.

Нови перспективи за транспорта на бъдещето Инженерите на градовете на бъдещето са на мнение, че отношението ни към пътническите автомобили неизбежно ще се промени. Хората ще спрат да приемат колите като лична собственост и ще започнат да ги споделят помежду си. Началото на този подход сложиха мрежите за събиране на пътници със същата дестинация като собственика на автомобила. Една от най-популярните подобни общности е Uber, която вече се предлага в няколко централноевропейски държави. Тя представлява мобилно приложение, което показва наличните водачи от Uber около нас, които можем да повикаме като такси – но на по-ниска цена, а понякога ще споделим колата и с други пътници. Новите навици за употреба на автомобилите изискват нови видове автомобили – колата на бъдещето ще е значително по-лека от предишните модели, ще се нуждае от много малко енергия и ще оказва по-слабо

въздействие върху околната среда. Придвижването в големите градове ще се осъществява с автомобили без шофьори по предварително зададени маршрути с GPS контрол. Тези автоматизирани превозни средства за бърз личен транспорт (PRT) ще се движат върху релси или магнитни пътища и ще побират най-много 3-6 пътници, които ще могат да избират дестинацията си по предварително зададен маршрут. Въпреки че това може да звучи футуристично, в световен мащаб вече работят над десет подобни системи. Най-старата и най-скъпа PRT система в света се намира в университета на Западна Вирджиния и транспортира студентите и гостите до някои от най-известните дестинации в града. Освен това подобни малки автоматизирани превозни средства се използват на летище „Хийтроу“ в Лондон, както и в Масдар Сити – екологичният град в процес на изграждане в Обединените арабски емирства. Обикновените пътнически автомобили без шофьор вече не са в сферата на научната фантастика: Автоматизираните Toyota Prius, които Google използва от години, не само заснемат изображения, но компютъризираните им карти „виждат“ пътните знаци, търсят алтернативни маршрути и предупреждават за светофари,

които все още не виждаме. Като използват лазери, радари и камери, автомобилите могат да анализират и обработват информация за заобикалящата ги среда по-бързо от хората. Инженерите на Google вече тестваха безпилотния си автомобил на повече от 300 000 километра обществени магистрали и пътища. Нововъведенията няма да подминат и обществения транспорт. В тази област най-обещаващи изглеждат влаковете на магнитна възглавница, наричани още „маглев“. Те са напълно екологични, защото се задвижват от магнитни полета. Като използват тази технология, влаковете могат да се движат със скорост над 400 км/ч, при това безопасно и почти безшумно. Днес подобни влакове се използват в Германия, Япония и Китай, като найбързият от тях изминава разстояние от 30 километра за 7 минути. Традиционните влакове биха се нуждаели поне от три пъти повече време. Електрическите автобуси също стават все по-разпространени, а учените не спират да се опитват да подобрят функционалността им. В Нидерландия например се работи върху супер автобус, задвижван чрез литиевополимерна батерия, който до голяма степен прилича на огромен спортен автомобил, може да пренася 23 пътници и развива 250 км/ч. 65

Факти и цифри 90% от хората в големите градове използват редовно градския транспорт.

Летящ автомобил Вече се проведоха първоначалните тестови полети на първия летящ автомобил и скоро ще започне серийното му производство. Transition на Terrafugia се нуждае от 30 секунди, за да се превърне от обикновен автомобил в малък двуместен самолет. С пълен резервоар превозното средство може да измине 644 км при скорост от 185 км/ч.

Небето вече е наше Непрекъснато увеличаващият се въздушен трафик също предлага предизвикателства за учените – как да се намали замърсяването от самолетите. Приблизително 90 хиляди пътнически самолети летят всеки ден в световен мащаб, отделят големи количества парников въглероден диоксид и употребяват много керосин, който се произвежда от нефт. Тези самолети изгарят приблизително 30 хиляди литра гориво за двучасов полет. С толкова гориво можете да напълните 600 пъти резервоара на автомобил. Замяната на керосина с алтернативно гориво ще е голяма стъпка към постигането на устойчив въздушен трафик. На няколко места се произвеждат биологични горива за самолети – в Нидерландия например се планира да се удвои капацитетът на биолетището на Ротердам до 2020 г., като целта е да се намалят емисиите на CO2 на самолетите с 80% чрез употребата на устойчиво гориво. Друг текущ проект е „GreenSky London“, който цели да преработва 500 000 тона отпадъци годишно в 50 000 тона самолетно гориво и още толкова биодизел. Рано или късно въздушният трафик ще се обърне към възобновяемата енергия, като най-очевидният избор е слънчевата енергия. Малките самолети вече използват соларни панели. Върху крилата на първия подобен летателен апарат от този вид, Solar Impulse, са разположени 17 200 соларни панела, които събират енергия и я предават към двигателя. Този самолет вече е прелитал над океаните и ще обиколи Земята през 2015 г. Задвижването на големи пътнически самолети със соларни панели все още е само мечта. Най-вероятно учените ще разработят хибридно решение, което ще използва различни видове възобновяема и екологична енергия.

Наука в двигателя Галваничен елемент, батерия, горивна клетка – Всички те имат подобен начин на работа, който включва трансфер на електрони, т.е. окислително-редукционни процеси. Същността на производството на електрическа енергия е, че поглъщането и освобождаването на електроните са разделени в пространството, така че електроните трябва да преминат от анода (окисление) до катода (редукция). Ако галваничният елемент остане без реагент, вече не може да произвежда повече електрическа енер-

гия, което означава че процесът на производство е едностранен. При батериите подобен процес произвежда електрическата енергия, но този процес е електрически двустранен, т.е. батерията може да се зарежда. Например в литиевите батерии литиевите йони мигрират (Li +) към въглеродния отрицателен електрод при зареждане и преминават към положителния електрод с метален оксид при разреждане. В най-новите литиево-полимерни батерии течният електрод е заменен от специална пластмаса, като по този начин могат да се произвеждат много малки и

гъвкави енергийни източници. Най-голямото преимущество на горивните клетки е, че те могат да работят, докато бъдат презаредени. За гориво се използва предимно водород, но има варианти, които работят с метан и метанол. Химическият процес е практически изгарянето на горивото, но не по традиционния начин: реагентите не влизат в контакт помежду си, а трансферът на електрони се осъществява през мембрана. При тази реакция от водорода се образува вода, а от въглеродните съединения се образува въглероден диоксид.

Благодарение на науката можем да произвеждаме храна с необходимото количество и качество за растящото население на света, при това с възможно най-малко въздействие върху околната среда в цялата верига на доставките. Прочетете за иновативните научни решения при производството на земеделски култури, следващото поколение опаковки за храни и вижте кухнята на бъдещето.

УстойчиВа Хранителна Верига

Как да изхраним бъдещите поколения? Науката едва ли се е изправяла пред толкова трудна задача като днешната. Тя трябва да положи основите за развитие на населението на Земята, което нараства бързо и неравномерно. Едно от най-важните предизвикателства е осигуряването на достатъчно храна за хората по възможно най-устойчивия начин.

Глад и прекомерна консумация Нуждата на човечеството от храна нараства значително всяка година. Търсенето на белтъчини с животински произход се увеличава с 2 милиона тона годишно, а нуждите от зърнени храни изискват добив на още 26 милиона тона зърно на година. Главната причина е нарастването на населението – ежегодно трябва да се изхранват 80 милиона гърла в повече. Значителната прекомерна консумация в развитите държави и презапасяването с храна, която се

изхвърля, също допринасят за нарастващите нужди от хранителни продукти. От друга страна, в развиващите се страни има глад. Там земеделската продукция не може да покрие нарастването на населението, поради което недостигът на храна е постоянен. А да не забравяме и хората, които страдат не заради количеството, а заради качеството на храната си, когато говорим за недохранване поради липса на протеини, витамини и микроелементи в храната.

Факти и цифри Годишна консумация на храна от човечеството. 7 милиарда тона зърно – за което са нужни 746 милиона хектара обработваема земя, 210 милиона тона захар, 259 милиона тона мазнини. 70

Майката Земя ни дарява храна и живот До голяма степен земята е свързана с храната ни – със зеленчуците, плодовете и дори месото, тъй като животните се изхранват с фуражи, произведени върху земни площи. Но обработваемите площи намаляват, тъй като растящите градове и агломерацията, както и бързо растящият брой пътни мрежи изискват още и още земя. Обработваемите земи са изправени пред друг сериозен проблем – ерозия на почвата, което означава намаляване

на минералното й съдържание. Отглеждането на растения води до загуба на азот, фосфор и калий в почвите. Преди векове хората просто оставяли полята и не засаждали нищо на току-що ожънатите ниви. Днес производителите не могат да си позволят това, тъй като добивите трябва да покрият нарастващото търсене. Така, освен традиционните органични торове, основна роля при наторяването играят и химическите торове, които компенсират загубата на хранителни вещества в почвата.

Иновативна защита на почвите от глобалното затопляне 78% от атмосферата на Земята е атмосферен азот, който не може да се ползва директно от по-високите растения. За растежа си те ползват солите на азотната киселина (нитрати) в почвата. Вреда настъпва, ако почвата съдържа повече нитрати, отколкото растенията могат да поемат. В такъв случай почвените бактерии превръщат нитратите в парниковия газ с името диазотен оксид (N2O), чийто ефект е триста пъти по-силен от този на въглерод-

ния диоксид. Инженерите на BASF, занимаващи се с научноизследователска дейност, неотдавна насочиха вниманието си към този проблем и разработиха инхибитор на нитрификацията, който, смесен с торовете, подобрява процеса на нитрификация, така че концентрацията на нитрати в почвата да не надхвърли нуждите на растенията. Така се повишава ефективността на торовете и значително се намалява отделянето на парникови газове.

Факти и цифри 80% от почвите в света са унищожени. Замърсяването на почвите е 17 пъти по-бързо от възстановяването им, 75 милиарда тона плодородни почви изчезват годишно. 72

Глобално предизвикателство: да направим земеделието по-устойчиво Устойчиво земеделие означава стопанисването на налични площи с помощта на възможно най-малко вода и енергия, при минимално отделяне на отпадъци и производство на достатъчно хранителни продукти за обществото. В земеделието вече са развити редица идеи, които могат да направят растениевъдството по-устойчиво. Ето някои важни инициативи:

Кр

В сухи райони със слаби валежи растенията обикновено се отглеждат на кръгли парцели. Този метод се нарича напояване с централна опорна точка. Предимството му е, че при него се ползва по-малко вода в сравнение с традиционното напояване.

Селскостопанските инженери и проектанти на бъдещите градове знаят, че изхранването на населението би било най-икономично, ако някои растения се отглеждат в самите градове, защото така няма да е нужно плодовете и зеленчуците да се доставят там отдалеч. Тъй като градовете са пренаселени, растения могат да се отглеждат само отвесно, затова те се култивират в специално изградени небостъргачи оранжерии. Освен това все по-често по стените на къщите могат да се видят декоративни градини. Наред с естетическата функция те играят роля и при пречистването на въздуха в града.

Вертикална градина

м ед е л ски е п з

щ о

ъг л

Аквапоника Аквапоника – система за производство на хранителни продукти, която съчетава интензивно рибовъдство в контейнери (аквакултура) и отглеждане на растения във вода (хидропоника) – играе важна роля в селскостопанската революция. Затворената система се задвижва от циркулационна помпа, която изпомпва от рибния контейнер водата, съдържаща органични животински отпадъци към корените на растенията, които извличат елементите от нея. Растенията се отглеждат в плитки контейнери с чакъл или глина, през които водата протича бавно, а пречистената вода се връща в рибния контейнер, където процесът започва отначало. Най-голямото предимство на системата аквапоника е почти пълното й саморегулиране. Ефективността й може да се подобри само с добавяне на бактерии и подмяна на изпарилата се вода.

Подземни оранжерии В по-студените райони оранжериите много често се вграждат в земята. Те съчетават ползите от пасивната слънчева топлина и предимствата на къщите тип „земни кораби“ (Earthships) – заради високата изолационната способност на земята тези къщи задържат слънчевата топлина, която влиза в тях през стъклата. Така се създава топла, светла и стабилна среда за отглеждане на растения, която може да се ползва целогодишно.

Знаете ли, че • В последните години в квартали на няколко големи европейски града бяха създадени обществени градини, в които жителите отглеждат зеленчуци, билки и плодове за собствена консумация. Има места, където са разрешени също и птицевъдството и пчеларството.

Как могат да помогнат биотехнологиите? Развойните инженери, изследващи възможностите за поддържане на високи добиви при по-ниското потребление на вода или при сурови климатични условия, също активно участват в битката за устойчиво развитие. Отдел „Растителна защита“ на BASF е в центъра на тази дейност. Те разработиха растения с толерантност към стресови фактори, които са по-издръжливи например на суша. Учените изследват кактуси и мъхове, обитаващи горещи и сухи райони и откриват над 100 гена, отговорни за степента на толерантност. Изследванията показват, че растенията с такива гени могат да оцелеят без вода в рамките на две седмици, докато „обикновените растения“ изсъхват. Напоследък инженерите работят и по хибридни растения, което би допринесло

към постигането на издръжливост на суша и при селскостопанските култури. Инженерите на BASF разработиха и пестициди, повишаващи устойчивостта на растенията към заболявания и влияния на околната среда, което би довело до по-високи добиви. Науката може да помогне и за повишаването на хранителна стойност на продуктите, а това е особено важно в развиващите се страни, където недохранването е често срещано. Екипът на BASF, занимаващ се с хранителните стойности, разработи редица съставки за обогатяване на храните. Тези функционални съставки включват витамини и каротиноиди, както и омега-3 мастни киселини. Те могат да се ползват в течно или твърдо състояние при хранителни продукти като обогатени основни

тестени варива, млечни продукти като напитки от кисело мляко и хранителни продукти за бебета и деца. Германската компания, занимаваща се с развойна дейност, е дотолкова ангажирана с устойчивото развитие, че разработва метод за цялостна оценка на устойчивостта в селското стопанство, наречен AgBalance™. Той оценява 69 показателя в три сфери – околна среда, общество и икономика. AgBalance отчита показатели като хранителния баланс на почвата, биоразнообразието от видове, обитаващи фермите, остатъци в храните и фуражите, както и постоянните и променливите разходи. Първото проучване с AgBalance анализира продукцията на рапица в Германия между 1998 и 2008 г. Резултатите показват, че общата устойчивост се е подобрила с 40%.

Безпилотни самолети и нано облаци над полетата Прецизното земеделие е отдавна жадувана цел. Това е метод, при който наторяването, пръскането, напояването и прибирането на реколтата се извършват възможно най-прецизно. Така могат да се намалят количествата пестициди и гориво, ползвани от комбайните; освен това, като спазват точни маршрути, комбайните ще замърсяват околната среда помалко. Ето защо управлението на селскостопански машини чрез GPS е така широко застъпено – те могат да обработват парцелите по-прецизно. Тази сфера предлага редица вълнуващи възможности. Съчетаването на различни технологии и научни полета може да роди особено интересно решение като приложението на нано облаци. Всъщност това са миниатюрни сензори, способни да засичат в рамките на парцели до 30 акра фактори от околната среда, които влияят върху растениевъдството, като вятър, влажност, температура и влажност на почвата. Такива високотехнологични безжични сензори вече успешно се ползват в калифорнийските лозови масиви. Други средства са все по-широко използваните дронове, или дистанционно управлявани безпилотни самолети, които помагат на фермерите да „обхождат“ земите си от въздуха с цел по-добро наблюдение на посевите. Тези ниско летящи, леки разузнавателни самолети могат да правят подробни снимки, които показват на фермерите навреме къде и колко хербициди да ползват и къде има нужда от напояване. Най-модерните самолети правят инфрачервени снимки с висока резолюция на самите листа на растенията, което показва дали те получават достатъчно вода и хранителни вещества. Освен това в Япония дронове се ползват и за пръскане, като по този начин пестициди получават само растенията, които наистина имат нужда от тях.

Месо без месо Очевидно скотовъдството е крайно неефективно с оглед използваните фуражи и площи, дори е жестоко към животните. То е и главната причина за глобалното затопляне; и накрая, вторичните продукти от него замърсяват питейната вода. Изглежда ситуацията не може да се разреши, като просто намалим производството. Необходими са по-радикални решения, където науката може да помогне. От 2008 г. насам учените провеждат експерименти при производството на животинско месо в лабораторни условия. След като получат проби от тъкани на две средностатистически животни, те започват да отглеждат мускулни тъкани от тази желеобразна клетъчна култура. Да вземем за пример месото в един хамбургер, което съдържа 20 хиляди мускулни влакна. Така произведеното месо не е генномодифицирано – клетките са същите, тъй като те са „развити“ по традиционния начин, като част от живо животно. Процесът е много ефективен, щом 20 хиляди тона говеждо могат да се произведат от една единствена проба. Този метод би понижил ползваните при скотовъдството земя и вода с 90%, както и със 70% потреблението на електроенергия. Макар че все още са нужни много изследвания, за да може в лабораториите да се произвежда месо за човешка консумация, мотивацията е налице – организацията за защита на животните PETA обяви награда от 1 милион долара за първия екип учени, който успешно синтезира пилешко месо, годно за ядене.

Факти и цифри 70% от земите се ползват предимно за скотовъдство 50% - половината от питейната вода се консумира от добитъка, 50% от добитъка създава половината от парниковите газове.

Бихте ли яли буболечки? ООН наскоро публикува подробен доклад за ядивните насекоми, имайки предвид факта, че поради наближаващата продоволствена криза все повече хора ще бъдат принудени да консумират богатите на протеини насекоми. За мнозина дори само мисълта е отблъскваща, но не бива да забравяме, че насекомите са част от кухнята на редица култури от хилядолетия; освен това те присъстват в менюто на два милиарда човека по цял свят.

Храната на бъдещето: микроводорасли Водораслите са едни от най-обещаващите растения, които могат да спасят света от глад. Тъй като са водни растения, те растат много бързо. По тази причина от един хектар водорасли може да се добие същото количество протеин, което се добива от 21 акра соя или 49 акра царевица. Освен това, разнообразието от видове водорасли е огромно – съществуват над 800 хиляди вида водорасли. Има както едноклетъчни, така и многоклетъчни, като напр. гигантските кафяви морски водорасли, дълги 60 м. Водораслите синтезират въглехидрати, мазнини, белтъчини, витамини, пигменти и органични материали. Това обуславя широката им употреба в различни отрасли като хранителната индустрия, производството на фуражи, козметичната индустрия и производството на биогорива. Те имат и друга важна роля – 90% от кислорода на планетата се синтезира от водораслите посредством фотосинтеза, като по този начин материалите, добити от тях служат и за поглъщане на въглероден диоксид.

Фотобиореактор При нашите климатични условия индустриалното отглеждане на микроводорасли е възможно само при изкуствени условия. Поради тази причина водораслите се отглеждат в затворени системи, където производството е оптимизирано чрез комбинирано изкуствено и естествено осветление и регулиране на температурата. Тези съоръжения се наричат фотобиореактори.

Водораслите, отглеждани във фотобиореактори, могат да се ползват при производството на много важни агенти, тъй като промяната в оптималните условия поражда стресова реакция, която често води до синтезирането на нови вещества, или внезапен повишен синтез на вече произведени вещества. Такива системи са например биореакторите за производство на водород. Отдавна е известно, че някои зелени водорасли могат да синтезират водород – при определени условия те поглъщат хранителните вещества, които са синтезирали по време на фотосинтезата, т. нар. биофотолиза. Липсата на сяра и кислород предизвиква толкова повишен синтез на водород, че той води до генерирането на енергия. (Серният дефицит „изключва фотосинтезата“, като така генерирането на енергия, при което се синтезира и водород, става приоритет за водораслите.) Създадени са редица патенти за производството на активни субстанции (напр. съставки на лекарства и хранителни добавки), най-значимият измежду които е изключително здравословното масло от водорасли. То съдържа много ненаситени компоненти, но при определени стресови фактори съотношението на омега-3 мастни киселини също значително нараства. Приемът на омега-3 мастни киселини е изключително важен, макар че много хора не консумират достатъчно, с което се изменя съотношението омега-3 / омега-6.

Интелигентните хранителни опаковки на бъдещето В днешно време изследователската и развойната дейност са почти толкова посветени на опаковката на храната ни, колкото и на самата храна. Смисълът на иновациите и високотехнологичните решения е в това опаковките, фолиата и бутилките да гарантират, че в тях храните остават пресни и безопасни. Освен безопасността на храните обаче приоритет трябва да бъде и опазването на околната среда – това мотивира учените да разработват нови технологии.

Нова ера в опаковането Има няколко причини за повишаването качеството на опаковките на хранителни продукти в световен мащаб. Над половината от населението на Земята живее в градовете, където има много малко възможности за независимо отглеждане на хранителни продукти. Така 3,5-милиардното градско население на планетата купува продуктите си – а те обикновено са опаковани. Също така растящият брой домакинства от един човек, които избират по-малките разфасовки, както и нарастващата тенденция да се храним в движение между срещи, са предпоставки за увеличаване на количество опакована храна. За съжаление обаче, опаковките се озовават в

коша почти веднага след отваряне, като разграждането на повечето от тях, например пластмасите, полиетиленовите бутилки и металните кутийки от безалкохолни, отнема дълги години. Изумително е не само количеството на опаковките, но и това на остатъците от храната, особено в развитите страни. Изхвърляме остатъци при приготвянето на храната, както и храна, която не изяждаме. Най-тъжно обаче е, че по-голяма част от храната изхвърляме направо с опаковката – това, което не се изяжда навреме, се изхвърля, дори без да се отвори.

Факти и цифри 1,3 милиарда – Количество в метрични тонове ежегодно произведена храна в световен мащаб, която е изостанала или изхвърлена – представлява около една трета от общото количество. 95–115 кг – Годишното количество от хранителни продукти, годни за консумация, които са изостанали или изхвърлени – на глава от населението в индустриалните страни. 78

Учените се занимават с този сложен проблем, като въвеждат редица иновативни опаковки. Сред основните им цели е значителното намаляване на количеството изхвърляна храна чрез удължаване на времето, в което тя се запазва прясна в опаковката си. Това може да се постигне, като се премахне достъпът на кислород до храната, което спира размножаването на бактериите, способстващи гниене. Отдел „Пластмаси“ на германската фирма BASF е разработил специални композитни материали, които се използват главно в тарелките за нарязано месо, колбаси и сирена. Тарелката, която влиза в допир с хранителния продукт, е от полиамид, който е едновременно здрав и гъвкав, а това, което е още по-важно – задържа кислорода и

въглеродния двуокис. Горният слой фолио е на основа на BOPA (биаксиално ориентиран полиамид), който е изключително гъвкав и еластичен, а вътрешният слой служи като преграда за проникване на въздух. Друга технология за производство на опаковки, запазващи свежестта, е вакуумното опаковане. Чрез нея въздухът около продукта, годен за консумация, се заменя от защитна атмосфера, специално пригодена към вида храна. Пример за това е смес от азот и въглероден диоксид. Тези бавно реагиращи газове заместват кислорода и забавят растежа на микроорганизмите, всичко това без употребата на консерванти. Освен гарантирането на хигиена, основна цел на учените в хранителната промишленост е да направят

опаковъчните материали безопасни за околната среда. Именно тази цел се обслужва от биоразградимата пластмаса – често използван материал, от който се правят много пазарски торбички и чували за смет. Германската химическа фирма BASF е и лидер в разработването на разградими пластмаси. Произведеният от нея полиестер Ecoflex®, изработен от бактерии и гъби, вода, въглероден окис и биомаса, се разгражда за няколко седмици без остатък. Ecoflex® се използва като покритие на хартиени чашки, за опаковане със стреч фолио на хранителни продукти, както и за производството на торби, които могат да се ползват за компостиране в домашни условия.

Какво представлява компостирането? Компостирането е биологичен процес, по време на който органичните отпадъци (като остатъци от храна, чай, градински отпадъци) се превръщат в хумусоподобна маса в резултат на естественото разлагане. Тази маса се нарича компост, като тя може да се ползва например за повишаване на почвеното плодородие.

Знаете ли, че • Добавките също могат да спомогнат за превръщането на опаковъчните материали в подходящи за рециклиране. Продуктите на BASF, които водят до намаляване на нуждата от материали и повишаване на процента рециклирани материали, съдържат добавки, които правят пластмасите по-еластични, гъвкави и устойчиви на стареене. Те се използват при процеси като рециклиране на полиетиленови бутилки. Добавките от групата Joncryl® на BASF гарантират, че рециклираните материали са с качеството на нов полиетилен. Освен това химикалите за производство на хартия от BASF позволяват производството на нова хартия и картон от рециклирани влакна.

Опаковане – интелигентният инспектор по храните Трудно е да се определи точната дата на изтичане на годността на нетраен хранителен продукт, защото той зависи в голяма степен от температурата на съхранение. Даден хранителен продукт може да се развали десет пъти по-бързо при 8-10 0C в хладилник, отколкото при 0 0C. Ето защо се разработват интелигентни индикатори за хранителната промишленост, които незабавно откриват кога един хранителен продукт вече не е годен за консумация. Швейцарски учени вграждат „обоняние“ в хранителните опаковки, което да следи за качеството на храната. Системата измерва температурата, влажността и измененията в някои други съединения. При узряване на плода съдържанието на етилен се повишава, докато появяването на хексанол показва, че е започнал да се разваля. Но датчици улавят

присъствието и на други патогени и последици от ултравиолетово облъчване, както и пропускливост, съхнене и други повреди по опаковката. Обезцветяването на опаковката показва лоши стойности на тези параметри и опаковката може да стане негодна за отваряне. Дилемата със срока на годност не е подминала и замразените храни, доколкото не можем да сме сигурни дали даден хранителен продукт е бил дълбоко замразен по правилен начин. Индикаторът за движението на температурата във времето, разработен от BASF, ни помага да следим храната по пътя й от производителя до търговеца на дребно, така че потребителят да може с един поглед върху етикета да определи дали продуктът е бил непрекъснато в дълбоко замразено състояние и правилно съхраняван до пристигането

му в неговия собствен фризер. При отпечатване на етикетите OnVu™ ICE се използва термочувствително мастило; колкото е по-тъмен цветът, толкова по-добре е спазен температурният режим за съхранение на замразени и охладени храни. Друга технология, която може да даде данни за моментното състояние на храната, е радиочестотната идентификация (RFID). Електронен чип, поставен върху опаковките вместо баркод, съхранява цялата необходима информация за хранителните продукти, техните съставки, съдържащи се в тях алергени и, разбира се, срока им на годност. RFID чиповете се разчитат бързо и лесно и могат да се ползват за определяне на точната дата на производство на даден хранителен продукт и маршрута му до магазина, в който се продава.

Обезцветяването на опаковката показва лоши стойности на тези параметри и опаковката може да стане негодна за отваряне. 80

Сензационна новина: първата самоохлаждаща се кутийка за напитки Самоохлаждащата се кутийка за напитки понижава температурата на напитката с 1°C за три минути. ChillCan разполага с цилиндрична камера с въглероден диоксид под високо налягане, който навлиза в клапа, която се разширява в основата на кутийката и завършва с бутон. При натискане на бутона клапата се отваря, въглеродният диоксид излиза от дъното на кутийката и се изпарява във въздуха. С разширяването си газът поема топлина от напитката и така намалява температурата й. Специалната кутийка за напитки – съдържаща енергийна напитка – вече се продава в САЩ.

Да изядем и опаковката?

Мнозина вярват, че новото поколение опаковки ще бъде различно дори и по отношение на функциите си – те не само ще съхраняват продукти, но и ще могат да се ядат. Водеща фигура в областта на ядивните опаковки за хранителни продукти е биомедицинският инженер д-р Дейвид Едуардс от Харвардския университет. Д-р Едуардс съвместно с екипа си от учени създава ядивна мембрана, изработена от биоразградим полимер и хранителни частици, която да замени традиционните опаковки като целофан и картон. Мембраната, наречена „Wikicell“, служи като естествена „бутилка“, подобно на кората или люспата на плодовете, която запазва плода вътре. Едуардс вярва, че в Wikicell е възможно съхранението на всякакви вкусове. За момента екипът е създал доматена мембрана, съдържаща студена супа гаспачо, мембрана с вкус на грозде, в която има вино и други. Едуардс е създател и на прототип на бутилка с покритие, подобно на яйчената черупка, която може или да се обели, или да се изяде заедно с мембраната под нея. Тази мембраноподобна субстанция наподобява модерните в момента капсули с течен препарат за пране – прозрачен, подобен на фолио материал, който се разгражда в пералнята по време на пране в резултат на контакта му с водата. Макар сега да ни е трудно да си представим как отхапваме от сандвича си заедно с опаковката, ядивните опаковки със сигурност ще имат важно място в бъдеще. В различни части на света редица учени работят по разработването на ядивни опаковъчни материали, които могат да се ползват при опаковането на безалкохолни напитки, сладкиши и дори свежи меса. 81

Дизайн в услуга на устойчивото опаковане Както става ясно по-горе, свърши времето, когато единствената функция на опаковките на хранителни продукти бе да съхранява храна и евентуално да привлича вниманието на клиентите. Второто, разбира се, все още е важно – въпреки това, за дизайнерите днес основният въпрос е да създадат уникални опаковки, които са изключително функционални и в същото време – естествени. Благодарение на усилия в тази посока, расте обемът опаковки на хранителни продукти от рециклирана хартия, които са предпочитани при опаковането на биопродукти. Учените обаче предупреждават, че тези рециклирани материали могат да съдържат остатъци от мастило, както и вредни минерални масла. Ето защо с оглед безопасността на храните между рециклираната хартия и храната трябва да се поставя тънък защитен слой. „Интелигентната бутилка“ – пример за прехода от традиционните твърди кутии към гъвкави опаковъчни торбички – също

би изглеждала внушително на рафтовете. Тя се произвежда от гъвкави листове. В ъглите се поставят плоски и здрави уплътнения с цел здравина, което поддържа формата на съда. Този метод създава опаковки, които се транспортират свити, преди да бъдат напълнени, и намаляват екологичния си отпечатък, след като бъдат изпразнени. Изкуството на дизайна на опаковки е свързано и с етикетирането и печата. Особено вредни, боите на маслена основа все по-често се заменят от екологичните бои на водна основа. При дизайна на етикетите ще бъде постигнат истински пробив с появата на първите опаковки с анимирани изображения. Звучи ли футуристично? Е, няколко екипа учени работят по подобно решение и анимираните изображения вече се ползват в няколко тестови проекта на опаковки. Не ги виждате в магазините, защото производителите все още не ги ползват заради високата им цена.

Знаете ли, че • Япония е бастионът на опаковането на хранителни продукти: там са създадени редица видове опаковки с дизайн на световно ниво. В Япония много често в опаковките се използва бамбук и други растителни материали, като дори чиниите и пръчиците за хранене в повечето случаи са направени от бамбукови влакна. Японците са водещи не само при ползването на материали, но и по отношение на технологиите. Едно от най-значимите открития е системата Ultra-Freshness Preservation Freezing System, която се ползва при опаковането на сурова риба. Тази бързозамразяваща система ползва променливо и постоянно напрежение, висок „електрически потенциал“, и в същото време охлажда продуктите бързо без окисляване, като така се намалява размерът на ледените кристали, които се образуват в клетките на хранителните продукти.

Науката на замразяването Размерът на ледените кристали, които се образуват по време на замразяването, до голяма степен определя качеството на замразената храна, защото големите кристали увреждат клетъчната стена/ мембраната и така след размразяването храната не се връща в първоначалната си форма. Малките кристали увреждат по-малко. Размерът на кристалите, които се формират по време на замразяването (или когато се утаят от разтвора), зависи от скоростта на два процеса, а именно образуването на ядра и скоростта на растеж на кристалите. Ако първият процес е бърз, а вторият – бавен, се оформят множество малки, дори микроскопични кристали, но и няколко големи кристала (в природата има гигантски кристали, тежащи няколко тона). Бързото охлаждане повишава степента на образуване на центрове на кристализация, като по тази причина то се предпочита в хранителните технологии. Най-подходящ за постигане на това е течният азот, като той може да охлади храната до -196 °C. Повишеното количество на биогенните амини може да говори и за разваляне на хранителни продукти, богати на белтъчини. Биогенните амини се формират от аминокиселини (протеинови продукти, които се получават при хидролизата) посредством декарбоксилацията, протичаща по време на ферментацията и развалянето на храната. Ферментиралите продукти, като сирена и вино, винаги съдържат вещества, които са токсични в големи количества. Общият обем на четирите основни биогенни амина – хистамин, тирамин, путресцин и кадаверин (последният е „токсичният отпадък“) – свидетелства за развала на месата. Вече съществуват интелигентни опаковки и малки стикери, които с промяна на цвета си сигнализират за повишено количество амини, т.е. че месото е развалено.

Ферментиралите продукти, като сирена и вино, винаги съдържат вещества, които са токсични в големи количества.

Наука в кухнята Иновациите улесняват ежедневието ни по много начини. Храната ни също не е подмината от развитието, което търпи всяка сфера от живота ни. През идните десетилетия храненето и кухнята дотолкова ще се променят, че дори няма да знаем какво има в чинията ни. Но пък то ще ни разпознава…

Интелигентна кухня, интелигентни уреди Като всяка друга сфера, и разработването на домакински уреди се води от нуждите на хората. Искаме да прекарваме все по-малко време в приготвяне на храна, но пък и да се храним със здравословни и питателни ястия, които са вкусни и приятни на вид. Освен това желаем да ползваме високотехнологични уреди и в кухнята, защото вече сме свикнали с тях на други места. Оборудването в кухнята на бъдещето ще се опита да постигне тази цел, която може да ни се стори забавна, също както бабите ни са се удивявали при първата си среща с хладилника или микровълновата печка. Кухнята на бъдещето ще напомня за добре оборудвана лаборатория, където интелигентните уреди всъщност са сензори, които разпознават гласа

ни и могат да включват лампите, щом влезем. Кухнята ни ще познава хранителните ни навици и ще препоръчва храни, напитки и една цялостна здравословна диета, навярно препоръчана от кулинаря ни от холографския екран. От сензорен екран ще избираме коя част от печката да включим, и ще отглеждаме собствени зеленчуци в хидропоника – „кухненска градина“ без пръст. Уредите ще могат да комуникират помежду си, така че ако изберем рецепта за печено говеждо от електронната готварска книга, интелигентният хладилник веднага ще включи програмата за размразяване на месото. И като говорим за хладилници, вече има проекти за хладилници, за които най-малко ще мислим като за кухненски уреди. Една такава уникал-

на концепция е Bio Robot Refrigerator, ползващ специален гел, който поддържа и охлажда храната в него. Не само видът му е необикновен, такива са и функциите на този хладилник, носител на награда за дизайн – той няма двигател или други традиционни за хладилниците технологии, а разполага само с биополимерен гел, който охлажда по химичен път. Храната просто се пъхва в гела, който няма мирис и не полепва, и там „плава“ и се охлажда, докато не ви потрябва отново. Охлаждащите агенти са „биороботите“ в гела, които запазват храната чрез луминесценция (светлина, генерирана при ниски температури). Уредът не ползва никаква енергия за охлаждане, а само за малкия си контролен панел.

СедНете Върху хладилНиКа! инженерите от отдел пластмаси на BASF също разработиха хладилник на бъдещето, който ползва почти изцяло специални пластмаси. благодарение на пластичността на материалите, концептуалният хладилник Coolpure 1.0 не е в обичайната кубична форма: той е произведение на дизайна, което може да се ползва и за сядане в кухнята. Пластмасите са с висока изолационна способност, така че тези хладилници са и енергоспестяващи.

готВене и УроЦи По Химия В едно Щипка сол, шепа ориз – със сигурност няма да чуваме тези изрази в бъдещата кухня, където температурата ще се определя с точност до половин градус, а времето за готвене ще се измерва в секунди. това, разбира се, не значи, че ще трябва да се простим с радостта от творчеството и експериментите в кухнята, заради което готвенето е наречено изкуство; бъдещите готвачи обаче ще ползват едни много различни готварски методи, които изискват почти научна точност. Предприемчиви готвачи и учени са разработили физични и химични процеси, които се ползват в молекулярната кулинария. скоро всички ние ще можем да ги ползваме. В основата на този нов начин за приготвяне на храна е идеята, че специалният вкус и текстура на хранителните шедьоври се постигат чрез съставки, които са химически раздробени на малки части с помощта на специални техники и високотехнологични уреди. основната идея е, че готвенето се разглежда като част от науката, но и като ежедневна дейност. резултатът е един нов и модерен начин на готвене, при който могат да се получат някои необикновени ястия като ябълков пудинг със спагети от боровинки, избухващи кюфтета от грах или молекулярен малинов въздух. 85

Кулинарни реформи Терминът „молекулярна кулинария“ се ражда при срещата на физика Николас Кърти и физикохимика Ерв Тис. Специалността на Николас Кърти, унгарец по рождение, е термодинамика, като той извършва редица експерименти с материали при извънредно ниски температури. Съжалявал, че хората знаят повече за вътрешната температура на звездите, отколкото за тази на оризовия пудинг, затова

Но как и от какво се правят тези специалитети? Наред с обичайните ежедневни продукти, като плодове и зеленчуци, са необходими и материали, които променят формата и текстурата им. Тези материали и базови процеси от молекулярната кулинария редовно се ползват в хранителната промишленост, макар че приложението им там е по-маловажно. В молекулярната кухня се набляга на изненадващия момент, т.е. външният вид и вкус на ястията не трябва да си подхождат на пръв поглед. Бихте ли вкусили спагети, ако знаете, че имат вкус на френско грозде? А бихте ли яли хайвер, ако знаете, че мирише на ванилия, а няма очаквания вкус на риба?

Емулгиране Една често ползвана добавка е емулгиращата паста, която се произвежда от животински и растителни мазнини. С помощта на този материал на колоидно ниво се комбинират съставки, които иначе не могат да се смесват, като така се постига невероятен вкус и консистенция.

решил да запознае обществото с научната страна на кулинарното изкуство. Именно той измисля термина молекулярна кулинария и пак той организира първата Конференция за молекулярна кулинария. Бил убеден, че процесите в кухнята не могат да се разглеждат без химия и физика. Ето защо настоявал готвачите да получават висше научно образование.

Ето сега може да се запознаете с някои от процесите от молекулярната кулинария, които променят текстурата на храните:

Аериране При този метод от естествени продукти като яйца и соя се извлича лецитин, който се използва за разпенване и аериране не само в молекулярната кухня, но и в хранителната промишленост.

Придаване на сферична форма Придаването на сферична форма е техника, при която течностите се превръщат в желе. Постигнат се два вида резултати: при бавно желиране целият материал може да се превърне в желатин; другият резултат е създаване на мъниста с течно съдържание. (От втория резултат идва името на техниката „придаване на сферична форма“). Алгинатът, който се извлича от водорасли, и калциевият хлорид също могат да придават сферична форма благодарение на способността си да формират водонеразтворимо съединение, което създава тънък слой върху повърхността на капчица (овкусеният и оцветен алгинат разтвор се капва в разтвора с калциев хлорид).

Топло разпенване Метил желе (материал, създаден от целулоза) се ползва за топло разпенване на съставките. Основното му свойство е, че желира добре при температури над 60°C и омеква по време на охлаждане. Ето защо то се ползва широко в хранителната промишленост при приготвянето на някои полуфабрикати, а в кулинарното изкуство – като слепващо вещество.

Течен азот Безспорно най-очевидният елемент от молекулярната кухня е ваната с течен азот. При -196°C в течен азот могат да се замразят найразлични храни, които освен това се поднасят в компанията от ефектни пари. Например достатъчно е само да смесим съставките за сладолед и той ще се замрази моментално, ако го полеем с течен азот. Така се замразяват и меса за съхранение.

Ултразвукова хомогенизация Ултразвуковата хомогенизация е по-ефективна от механичния метод при смесването на сурови материали с различна полярност, като например олио и оцет. Вибрациите на звуковите вълни между 20kHz и 10MHz карат съставките да се движат на молекулярно ниво, като така може да се получи перфектна емулсия от няколко съставки като олио и оцет.

Знаете ли, че • Усещането за допир може да повлияе на вкуса. Опитайте! Хапнете лъжичка сладолед със затворени очи, като в същото време докосвате коприна: ще усетите сладоледа по-кремообразен. Потъркайте след това лист шкурка в ръцете си, докато опитвате. Имате ли усещането, че сладоледът е на бучки?

Съвет • Ако искате да опитате молекулярна кулинария, добре е да си набавите някои основни уреди, с които да творите странни ястия. Например, с „Комплект Спагети“ от всеки течен материал можете да приготвите ястия под формата на спагети. С „Caviar Box“ пък можете да правите малки цветни топки отново от всяка течност.

Световен шампион по молекулярна кухня

Днес все повече известни готвачи ползват методи от молекулярната кулинария, но само Хестън Блументал е носител на титлата „най-добрият готвач в света“. В ресторанта му в Англия гостите могат да се насладят на специални ястия като хрупкаво сорбе от зелен чай и лайм, маринована сьомга миньон с майонеза от японски водорасли и ванилия или каша от охлюви с магданоз.

Да готвим във вакуум! Повечето кулинарни методи се раждат „на голямата сцена“, т.е. първо се използва в големите кухни и ресторанти и едва след това са на разположение на любителите. Така стана и с особено популярното готвене sous-vide (су вид) или готвене с вакуум, което първоначално се ползва само от готвачите, заслужили звездите на Мишлен, но пък е толкова практично, че става масово. С този метод се приготвят вкусни и здравословни ястия, които могат да се съхраняват в продължение на няколко седмици. При него съставките – месо, дреболии и зеленчуци – се опаковат във вакуум и се готвят във вода сравнително дълго, до 72 часа на ниска и постоянна темпе-

ратура от около 60°C. Вакуумът е важен, защото липсата на въздух пречи на окисляването на храната, като така не се променя цвета й и се спира размножаването на аеробните бактерии, способстващи развала. Предимството да се готви във вода на ниска и постоянна температура е, че тя затопля храната бавно, но постоянно благодарение на качеството си да пренася топлината десет пъти по-ефективно от въздуха. Месото става по-вкусно, тъй като при температури между 50 и 60°C се намалява степента на термично разлагане на компонентите и така мазнините остават в ястието. Накрая, но не по значение, запазват се и хранителните вещества, минерали, соли и

витамини. Разбира се, температурата и времето за готвене варират при различните продукти – те зависят от точката на топене на мазнините и от качествата на протеините. Например за пилето са нужни 24 часа на 54,5°C, но за пилешки бутчета са необходими между 4 и 8 часа на 71°C. Някои sous-vide храни, като зеленчуците, могат да се консумират веднага, а месата трябва да се запържат с няколко капки олио. Но ако искате да изядете ястието по-късно, трябва да го охладите шоково, след като го извадите от водата, т.е. храната трябва моментално да се охлади под 3 градуса. След това ястието може да се съхранява безопасно между 21 и 40 дни.

Факти и цифри 50% – кухни, използващи техниката sousvide редовно, спестяват 50% енергия. 89

Отпечатай обяда ми Триизмерният печат е нова технология, която може да повлияе на много сфери на живота ни, без кухнята да прави изключение. Този удобен и бърз начин е изобретен с цел индустриално производството на компютърно проектирани части за прототипи, но впоследствие се въвежда и в хранителната промишленост. Независимо че мнозина не могат и да си помислят да ядат пържоли, направени от триизмерен принтер, принтерът за храни скоро може да се превърне в основен кухненски уред.

Как работят триизмерните принтери за храна? Триизмерните принтери създават специални материали, съхранявани в касетите пласт по пласт, които се втвърдяват един върху друг, като така се създават триизмерни предмети. Триизмерният принтер за храна работи на същия принцип с единствената разлика, че материалите в касетите са заменени от изходни продукти, които са годни за ядене, като въглехидрати, протеин на прах и витамини. Така принтерът реди компонентите един върху друг и приготвя хранителни продукти, годни за консумация. Отпечатването на шоколад или бисквити вече не е проблем за фирмите, занимаващи се с печат на храна. Наскоро, известният американски производител на какаови бисквити Oreo, представи триизмерно отпечатана версия на продукта си. В момента се работи по създаването на по-сложни храни като пица, при които тестото трябва да бъде опечено по време на печата, а доматите и останалите продукти могат да се добавят върху тестото само след тази процедура.

но заЩо този Уред е толкоВа реВолЮЦионен? от една страна, с него може да се сложи край на разхищаването на хранителни продукти, тъй като материалите в касетите на принтера не могат да се развалят. В тези „хранителни касети“ има въглехидрати, протеини, макро- и микроелементи и витамини на прах; трайността им може да достигне до 30 години. друго голямо предимство на печата на храна е фактът, че той създава здравословни, индивидуални и разнообразни храни. рецептата може да се промени във всеки момент с едно натискане на бутона в зависимост от предпочитанията на клиента (възрастни хора, бременни жени, деца или хора със специфични хранителни нужди). така че акцентът при това техническо нововъведение в кухнята е не само върху удобството, а върху нещо по-важно – фактът, че храненето може да бъде персонализирано и хората със специални хранителни нужди могат по-лесно да получат това, което търсят.

знаете ли, че • наса подкрепя технологията за триизмерен печат, като подписва договор с една от фирмите производители на принтери, тъй като агенцията среща трудности при осигуряването на точното количество храна за астронавтите на космическата станция.

ти си тоВа, което ядеШ този израз е валиден от векове. независимо че храната е източник на важни (основни) хранителни вещества, повечето зарази навлизат в тялото ни именно с нея; ето защо е много важно какво ядем. особено важно е разнообразието на менюто. значима част от здравословното хранене е приемът на достатъчно количество нужни за функционирането на тялото ни хранителни вещества, независимо дали те са макроелементи (въглехидрати, мазнини и протеини) или микроелементи

(следи от елементи, витамини и антиоксиданти). здравословните, т.нар. „функционални храни“, са нови храни. сред първите и все още масово продавани функционални храни е йодираната сол. (йодът е основен елемент за правилното функциониране на щитовидната жлеза.) иновативните техники за готвене осигуряват високи хранителни стойности, тъй като запазват активните полезни съставки в храната и създават възможности за профилактика чрез храненето.

този израз е валиден от векове.

съдържание Въведение 2,3 Животът в града

4,5

Бъдещето на водата – как науката може да утоли жаждата ни?

6-11

Чист въздух с помощта на научни методи

12-19

Модерните градове на бъдещето

20-31

Интелигентна енергия

32,33

Нов поглед към енергийните източници

34-43

Източниците на осветление на бъдещето

44-55

Нови перспективи в транспорта

56-67

Устойчива хранителна верига

68,69

Как да изхраним бъдещите поколения?

70-77

Интелигентните хранителни опаковки на бъдещето

78-83

Наука в кухнята

84-91

бележки