Manual de sustenabilitate by Chemgeneration

Stilul de viaţă în viitor Tehnologii sustenabile care pot salva viitorul Kit educaţional | chemgeneration.com

Introducere Stimate cititor, În zilele noastre se menţionează şi se foloseşte foarte des conceptul de dezvoltare sustenabilă - concept menționat frecvent ca aspect cheie pentru supraviețuirea noastră şi, pentru viitorul nostru, în cadrul căruia generațiile viitoare vor juca un rol esențial. Cu toate acestea, termenul de sustenabilitate, etapele pe care cu toții ar trebui să le parcurgem, sunt adesea neclare chiar și pentru noi, adulţii. Scopul materialelor educaționale Chemgeneration, create de BASF, este acela de a explica pe înţelesul tinerilor conceptul de sustenabilitate, prezentând inovaţii științifice care pot schimba viitoarele orașe, consumul de energie și propria alimentație, cu alte cuvinte, viața cotidiană a oamenilor. Elevii din ziua de astăzi cu siguranță vor folosi aceste inovaţii în viitor, deoarece probabil va fi inevitabil pentru aceștia să nu utilizeze mașini electrice, să nu locuiască în case pasive sau să nu utilizeze energia solară și eoliană. Credem că școlile și profesorii pot face cele mai multe lucruri pentru dezvoltarea sustenabilă, dacă le prezintă elevilor aspectele privind sustenabilitatea ca fiind o valoare și dacă le stimulează interesul pentru științe, care, împreună cu inovațiile, vor avea un rol important în protecția mediului și în dezvoltarea sustenabilă. Sperăm că noua generație va fi pasionată de o carieră științifică și că va fi motivată să ţină cont de sustenabilitate în profesia aleasă, cu ajutorul echipamentelor științifice de ultimă generație. Vă dorim să aveți o activitate de succes și cât mai mulți elevi interesați.

BASF pentru educație și sustenabilitate Obiectivul BASF este să „creăm chimie pentru un viitor sustenabil”. Dar ce înseamnă acest lucru? În calitate de parte integrantă din societate, compania cercetează și creează inovații, ținând mereu cont de principiile dezvoltării sustenabile. Pe durata a 150 de ani de activitate, compania BASF a realizat un număr important de descoperiri tehnologice care promovează dezvoltarea sustenabilă, de la materiale inovatoare care facilitează utilizarea mai eficientă a energiei ecologice la componente auto ecologice şi moderne. Credem că putem face multe lucruri pentru sustenabilitate cu ajutorul metodelor științifice moderne. Unul dintre obiectivele noastre este acela de a face cât mai cunoscut conceptul de sustenabilitate și științele care joacă un rol important în cadrul acesteia, în special pentru generația tânără, deoarece cheia spre viitor se află în mâinile ei. Au fost create şi dezvoltate diverse programe în care tinerii pot dobândi experiență personală în captivantul domeniu al științelor, iar între timp, pot afla mai multe informaţii despre importanța chimiei în dezvoltarea sustenabilă a planetei.

We create chemistry

Laboratorul BASF pentru copii Programul educațional interactiv Kids’ Lab este dedicat în special copiilor cu vârste cuprinse între 6 și 12 ani. Acesta le oferă copiilor posibilitatea de a descoperi chimia prin intermediul unor experimente chimice simple și sigure, care le pot stârni curiozitatea pentru știință, în special pentru chimie.

Site-ul web educațional WWW.CHEMGENERATION.COM Principalele obiective ale site-ului nostru, lansat acum patru ani, sunt acelea de a stârni interes față de științe și de a prezenta rolul chimiei în viaţa noastră, ţinând cont de importanţa ei pentru viitorul umanității și dezvoltarea sustenabilă. Informaţia centrală a site-ului este alcătuită din prezentările principalelor descoperiri în domeniul chimiei, dar sunt prezentate și informații despre ultimele inovații științifice.

Programul CHEMGENERATION Experimentând succesul site-ului web www.Chemgeneration.com, în fiecare an creăm programe care să motiveze elevii de liceu să gândească şi să acţioneze științific. În 2012 am prezentat tehnologii științifice, care reprezintă componente esențiale pentru un oraș sustenabil și modern, prin intermediul unui joc online denumit Future City (Orașul Viitorului). În 2013 am invitat elevii de liceu să participe la concursul Chain Reaction (Reacție în lanț), care le-a activat elevilor cunoștințele de fizică și chimie.

Fiecare echipă a trebuit să creeze un sistem de reacţie în lanț care să funcționeze doar cu ajutorul reacţiilor fizice și chimice. În anul școlar 2014-2015 invităm din nou elevii de liceu să participe la un nou concurs de ştiinţe. Concursul “Eroii Viitorului” își propune să găsească viitori tineri inventatori care să aibă capacitatea de a aplica în mod creativ inovațiile științifice pentru a implementa o soluție ecologică. Echipele formate din elevi de liceu trebuie să efectueze

o cercetare științifică și să creeze o soluție inovatoare și sustenabilă care să rezolve o problemă din cadrul comunității locale din care fac parte. Această problemă poate fi de exemplu, consumul ridicat de energie la nivel de școală, cantitatea excesivă de deșeuri, etc., iar ideea este ca metodele științifice să fie utilizate pentru rezolvarea problemei. Cele mai bune idei pot servi drept exemple de urmat și îi pot inspira și pe ceilalți să producă schimbări și să utilizeze soluții sustenabile.

Manualul de sustenabilitate Manualul, care prezintă trei noi tendințe principale la nivel global, conține nouă articole științifice bogat ilustrate, care descriu relația dintre sustenabilitate și științe la nivel global şi care afectează cel mai mult

planeta, în special utilizarea apei și a energiei. Textele prezintă elevilor cele mai noi inovații şi cercetări, oferindule multe informații interesante care să le atragă interesul. Articolele științifice le facilitează și profesorilor munca,

deoarece aceștia pot citi despre ultimele descoperiri științifice despre care, probabil, nu au auzit încă.

Creșterea rapidă a populației și orașele în dezvoltare reprezintă o provocare pentru cercetători. Structura orașelor se schimbă și metodele de construcție a acestora devin tot mai prietenoase cu mediul. De asemenea, este important să avem aer curat și un sistem sustenabil de gestionare a apei, probleme la care au fost furnizate deja unele soluţii științifice uimitoare. Citiți despre cele mai noi eco-orașe, metode inovatoare de construcție, purificarea biologică a apei și potențialul desalinizării apei de mare. Familiarizați-vă cu consecințele poluării aerului și cum să luptați împotriva acesteia cu cu ajutorul celor mai noi tehnologii științifice.

VIAȚA URBANĂ

Viitorul apei – cum poate știința să ne potolească setea? Oamenii și toate ființele au nevoie de apă pentru a supraviețui. Din cauza creșterii populației la nivel global și schimbărilor climatice, resursele de apă ale Planetei noastre sunt în continuă scădere, iar cele care au rămas sunt tot mai dificil de utilizat. Acest articol dezvăluie ce poate face știința pentru a păstra apa curată.

Fiecare picătură este prețioasă

Apa este una dintre cele mai comune substanțe de pe Pământ. Este atât de comună, încât aproape trei sferturi din suprafața Pământului,

Oceanele, mările, lacurile și râurile sunt resurse imense de apă, deși Polul Nord și Polul Sud, ca și ghețarii montani, conțin de asemenea apă, sub formă de gheață.

71%

este acoperită de apă

? Cum este posibil ca, în ciuda resurselor uriașe de apă, oamenii să se confrunte cu lipsa apei în multe părți ale lumii?

Răspunsul este că doar o parte

2,5%

infimă, numai din resursele de apă ale Pământului, este potabilă, și anume apa dulce. În plus, cea mai mare parte din apa dulce este înghețată sub forma stratului permanent de zăpadă și gheață din ghețari sau este situată la adâncimi mari sub scoarţa terestră, între roci, ceea ce înseamnă că este greu de ajuns la ea.

Cu toate acestea, cererea de apă este în creștere. În prezent, este necesară furnizarea apei pentru

7 miliarde de oameni în fiecare zi: pentru băut, hrană și spălat. Dar peste doar câteva decenii,

10 miliarde de oameni vor fi obligați să împartă o cantitate mult mai mică de apă.

Apa ca proprietate

1 miliard de oameni suferă de sete

Țările bogate și aride din Orientul Mijlociu importă apă potabilă din lacurile Canadei și Siberiei, ceea ce înseamnă că, practic, această apă călătorește în jurul lumii până ajunge la cel care o consumă. Similar, în America, orașele mari cu milioane de locuitori primesc apa de la sute de kilometri depărtare. Oamenii de afaceri care achiziționează resurse de apă la scară mare în Rusia, Canada și Alaska sunt noii milionari.

T. Boone Pickens, cel mai mare proprietar de apă din America, a investit

Cele mai recente studii arată că în prezent

100 milioane $

și până în

în achiziția de fântâni și izvoare de apă. În viitor, acesta plănuiește să vândă apă potabilă în Texas în valoare de

2050

apa de pe planetă va fi suficientă doar pentru jumătate din populaţia globului.

Dar de ce se diminuează resursele de apă disponibile?

165 milioane $

Pe de o parte, din cauza schimbărilor climatice, temperatura tot mai mare a Pământului duce la condiții meteorologice extreme, perioade de secetă mai frecvente, lacuri în scădere și bazine hidrografice secate. Pe de altă parte, consumul de apă al oamenilor, în special cei care locuiesc în orașele mari, a crescut dramatic. În numeroase locuri, consumul de apă crește deja mai repede decât pot face față resursele disponibile de apă. Este frapant faptul că, în ciuda datelor îngrijorătoare, consumul de apă în medii de lux nu scade. De exemplu, pentru irigarea terenurilor de golf este nevoie zilnic de o cantitate de apă egală cu consumul zilnic a jumătate din populația Pământului.

Amprenta de apă (m3/an/cap de locuitor) Consumul de apă este măsurat prin amprenta de apă. Amprenta de apă a consumului național este definită ca volumul total de apă potabilă care este folosit pentru producerea de bunuri și servicii de către locuitorii unei națiuni.

SFAT Puteţi economisi apă astfel: • • • • • •

Biomimetism:

Faceți un duș în loc de baie în cadă! Un duș care durează câteva minute consumă jumătate din cantitatea de apă necesară pentru a umple o cadă de baie. Închideți robinetul în timp ce vă spălați pe dinți, prevenind pierderea inutilă a apei! Colectați apă de ploaie pentru udarea plantelor, nu folosiți apă de la robinet! Instalaţi acasă robinete şi dispozitive de economisire a apei la duș! Acasă, cea mai mare parte a apei se pierde la folosirea toaletei. Folosiți rezervoare eficiente, cu posibilitatea de dozare a cantității de apă folosite! Nu spălați vasele sub jet de apă de la robinet, mai degrabă lăsați-le la înmuiat; totodată, sunt mai ușor de curățat!

imitarea vieții sălbatice Animalele care trăiesc în habitate aride s-au adaptat la condițiile respective. De exemplu, există o insectă unică ce trăiește în Africa și care folosește micro-fibrele minuscule de pe partea dorsală pentru a colecta în corpul său apa din vaporii prezenți în aerul dimineții. Această soluție inteligentă a inspirat oamenii de știință, care lucrează deja la un recipient cu autoumplere care funcționează pe baza unui principiu similar: recipientul este acoperit cu un material nanotehnologic special care direcționează umiditatea din aer în interiorul recipientului.

Apa este cheia vieții moderne Din cauza urbanizării rapide, furnizarea de apă în metropole a devenit tot mai problematică. Fără apă nu ar exista afaceri sau industrii locale. Stingerea incendiilor, parcurile municipale și bazinele publice de înot, toate au nevoie de multă apă. Este nevoie de o rețea de conducte, canale și stații de pompare gestionate de sistemul public de apă pentru a asigura zilnic o cantitate suficientă de apă la robinetele noastre. Printre presiunile cererii se numără creșterea populației și dietele intensive bazate pe apă, ca parte a tranziției populației spre comportamente caracterizate prin consumul tot mai mare de apă. Odată cu creșterea populației, un număr tot mai mare de oameni are nevoie de hrană. Puțini oameni știu că recoltele și creşterea de animale sunt responsabile pentru cea mai mare parte a consumului de apă: agricultura este responsabilă pentru 80% din consumul de apă la nivel global, ceea ce înseamnă că aceasta este zona în care este necesară o reducere semnificativă a consumului de apă.

Câtă apă este folosită pentru a produce mâncarea voastră preferată? 1 felie de pâine = 48 litri de apă 1 măr = 82 litri de apă 1 felie de brânză = 152 litri de apă 1 felie de pizza = 1,216 litri de apă 1 hamburger = 2,393 litri de apă 1 ceașcă de cafea = 132 litri de apă 1 bucată de ciocolată = 1,720 litri de apă 1 kg carne de vită = 15,415 litri de apă

Din acest motiv, un număr de studii și experimente inovatoare caută soluția pentru producerea de alimente folosind mai puțină apă. Puteţi afla mai multe informaţii despre acest subiect în articolul nostru “Cum putem avea mai multe alimente cu mai puţină apă”. 8

Este apa de mare salvarea omenirii? Mările și oceanele sunt cele mai mari rezervoare de apă de pe Pământ Astfel, omenirea a tot încercat să producă apă potabilă, lucru care poate fi realizat prin procesul de desalinizare. Distilarea simplă a fost deja aplicată în secolul al 4-lea î.H., dar procesul complex de fierbere a apei de multiple ori și condensarea vaporilor produși în acest mod necesită foarte multă energie.

Membranele Multibore® Ultrafiltration dezvoltate de o subsidiară a BASF din Germania s-au dovedit eficiente în multe stații de desalinizare. Membrana asigură o barieră solidă împotriva particulelor solide suspendate, bacteriilor, virușilor și altor microorganisme și oferă constant un nivel ridicat de calitate a produsului filtrat, chiar și în cazurile în care compoziția inițială a apei variază.

O formă mai economică de desalinizare se bazează pe osmoza inversă, în care apa de mare este trecută printr-o membrană semipermeabilă, la presiune mare, și în acest proces apa este separată de sare. Chimia joacă un rol crucial în eficientizarea acestei operațiuni.

Potrivit previziunilor realizate de, Global Water Intelligence (GWI),

în 2025 14%

din populația globului își va asigura necesarul de apă prin desalinizarea apei de mare. Astăzi, această cifră este de doar

1%.

În prezent, există 17,000 de stații de

120

desalinizare în țări ale lumii, dar se preconizează că numărul lor va crește semnificativ.

Binecuvântare din cer Dezvoltatorii viitoarelor metropole sunt de acord că o metropolă modernă trebuie să recicleze apa pluvială în diferite moduri. Probabil că Asia de SudEst are cea mai îndelungată tradiție în utilizarea apei pluviale. Faimoasa clădire turn a Japoniei, Tokyo Skytree – cu o înălțime de 634 metri, a doua clădire din lume ca înălțime – este dotată cu cisterne imense, aflate la nivele subterane, care pot depozita aproximativ 2.600 metri cubi de apă pluvială. Această soluție inteligentă înseamnă apă gratuită pentru răcirea imensei clădiri și pentru aprovizionarea rezervoarelor din toalete. Pe lângă aceasta, acoperișurile verzi de pe clădiri nu au doar un rol estetic. Majoritatea reprezintă soluții inovatoare de gestionare a apei pluviale care îmbunătățesc echilibrul energetic al clădirii, concomitent cu îmbunătățirea calității aerului și ecologiei urbane. Acoperișurile verzi au capacitatea de a colecta și recicla apa pluvială, în timp ce poluanții se acumulează în vegetația plantată. Un sistem intensiv de acoperișuri verzi poate reține până la 75% din precipitații, reducând totodată infiltrațiile și cantitatea de apă pluvială care ajunge în canalizare.

? •

Știați că În prezent, cea mai mare cantitate de apă pluvială este folosită în China și Brazilia. În aceste țări, colectarea apei pluviale de pe acoperișuri este practicată pentru a furniza apă potabilă, apă pentru uz casnic, apă pentru animale, apă pentru sisteme mici de irigații și ca alternativă pentru refacerea nivelului apei din pânză freatică.

Sisteme inovatoare de tratare a apei Nu numai cantitatea scăzută, dar și calitatea scăzută a apei cauzează probleme serioase.

Aproximativ

La nivel mondial,

2,5 miliarde

80%

de oameni suferă din cauza consumului de apă contaminată și au probleme cu furnizarea zilnică de apă curată.

Situația este deosebit de dramatică în orașele din țările în curs de dezvoltare. În Buenos Aires, de exemplu, râurile sunt foarte poluate; în Kolkata, India, populația se luptă cu contaminarea cu substanțe fecale și cu o concentrație ridicată de arsenic în apele subterane. Situația din China este, de asemenea, alarmantă: 90% din apele subterane din orașe sunt contaminate. O mare provocare pentru ingineri este de a dezvolta procese care, pe de o parte oferă siguranţa că o cantitate cât mai mică de poluanți ajunge în apă, iar pe de altă parte, că apele deja poluate pot fi curățate eficient. Compania chimică germană BASF, oferă o varietate de soluții pentru tratarea apei

din apele uzate urbane este eliberat direct în râuri, lacuri sau în mare, fără a fi tratate.

în mai multe domenii. Zetag® Cationic Emulsion poate fi folosit pentru tratarea apei reziduale industriale și pentru o gamă largă de aplicații de separare solidlichid. Greutatea sa moleculară mare oferă performanțe tehnice deosebite care conduc la reducerea costurilor de tratare a apei uzate. Lichidul cu acțiune rapidă este folosit în principal pentru purificarea apelor reziduale industriale în industria hârtiei, textilă și de pielărie, precum și în industria alimentară și fabricile de bere. Membrana Multibore®, un produs al unei subsidiare a BASF, este adecvată pentru purificarea apei reziduale, în special pentru filtrarea acesteia. Apa este trecută prin niște pori foarte mici, de ordinul a 20 nanometri, care sunt de trei mii de ori

Știați că • Așa numitele „mașini vii” sunt folosite și pentru purificarea apelor uzate. În aceste sisteme, descompunerea poluanților este realizată nu numai de bacterii, ci și de o comunitate ecologică de 2-3000 specii, inclusiv alge, melci, bivalve, crabi, plante și pești. Aceste organisme consumă substanțele poluante ca hrană și le încorporează în propriul organism.

mai mici decât grosimea unui fir de păr. Aceasta este o metodă care promovează sănătatea și puritatea într-o lume de dimensiuni cu adevărat microscopice. După o astfel de filtrare se formează un lichid omogen. De asemenea, BASF a construit o membrană revoluţionară ce permite ultrafiltrarea într-un sistem portabil de purificare a apei, LifeStraw Family, care are capacitatea de a purifica apa contaminată eliminând virușii și bacteriile. Astfel, se poate curăța chiar și apa murdară din bălți, lacuri sau râuri. Începând cu 2008, sistemul a fost folosit de mai multe ori în zonele lovite de dezastre naturale, asigurând apă potabilă pentru oamenii afectați.

SFAT Spălarea mașinii fără apă? •

Pentru a spăla o singură mașină se consumă 200 litri de apă. Totuși, există deja alternativa spălării mașinii fără apă, prin folosirea de substanțe chimice ușoare sau cu abur. Căutați aceste soluții ce economisesc apa în activitatea voastră zilnică!

Chimia apei Apa este un material foarte versatil Apa un solvent excelent, majoritatea proceselor importante ale vieții având loc în soluții apoase și, de asemenea, este un reactant frecvent. Sub multe aspecte, apa se comportă diferit: de exemplu, densitatea maximă a apei se produce la aproximativ 4 grade Celsius, de aceea ghețarii plutesc pe suprafața apei și de aceea apa din natură îngheață de sus în jos. O altă caracteristică specială este vâscozitatea, sau fricțiunea internă, care nu se modifică liniar cu presiunea: mai întâi scade, iar apoi crește. Vâscozitatea apei este relativ mare și se reduce semnificativ atunci când crește temperatura.

Știați că • Unde este mai ușor să înotăm? Apa rece este mai vâscoasă, astfel că este mai greu să ne mișcăm în ea, totuși, este mai ușor să plutim pe suprafața ei datorită densității mai mari. O altă caracteristică unică a apei este faptul că, datorită tensiunii mari, de suprafață, picăturile de apă sunt sferice. Apa are capacitatea de a absorbi, depozita și elimina cantități mari de căldură. Această proprietate este folosită

și în industrie, dar totodată este importantă în natură datorită rolului său în compensarea climatică. Din perspectivă chimică, apa distilată este forma pură a apeişi nu conţine substanţe dizolvate sau oligoelemente pe care componentele naturale ale apelor minerale le conțin. Consumul de apă deionizată (sau apă cu conținut redus de ioni) în cantități mari nu este sănătos, deoarece ionii esențiali sunt eliminați din corp.

Aer curat – prin metode științifice Una dintre cele mai grave consecințe ale nivelului crescut de urbanizare este poluarea aerului, care a devenit cu adevărat îngrijorătoare în ultimele decenii. Cercetătorii lucrează la o varietate de metode pentru a face aerul suficient de curat pentru oamenii care locuiesc în mediul urban, și, astfel, să sprijine dezvoltarea durabilă a metropolelor în continuă extindere.

Smogul planează în permanență peste orașe Majoritatea activităților umane presupun consumul de energie și, în consecință, poluarea aerului: centralele energetice, producția industrială, agricultura, încălzirea caselor și transportul, toate emit substanțe dăunătoare în aer, lucru care are influență nu numai asupra sănătății oamenilor, ci și asupra atmosferei planetei noastre. Așa numitele gaze cu efect de seră, cum sunt dioxidul de carbon (CO2) și metanul (CH4) creează un fel de strat în jurul Pământului care reține căldura: căldura razelor soarelui ce se reflectă nu poate părăsi în totalitate atmosfera, ceea ce duce la încălzire și la o schimbare a climei la nivel global. Dioxidul de carbon este prezent în atmosfera Pământului în concentrație constantă. Cantitatea de dioxid de carbon din aer este menținută printrun echilibru de foarte mult timp, deși întotdeauna s-au produs fluctuații. Din cauza activității umane, acest echilibru s-a modificat de la începutul secolului trecut, iar cercetătorii susțin că acum dioxidul de carbon este foarte aproape de limită, dincolo de care nu mai există cale de întoarcere. Procesarea dioxidului de carbon din aer este responsabilitatea plantelor: acestea îl folosesc ca hrană și îl transformă în oxigen, care este de importanță vitală pentru supraviețuirea celorlalte ființe vii, inclusiv a oamenilor. Totuși, problema este că stratul de vegetație a Pământului se restrânge în permanență: 7 milioane de hectare se defrișează zilnic din cauza extinderii orașelor și pentru producția de lemn. Acest lucru contribuie, de asemenea, la dezechilibru.

Știați că • Deși pădurile tropicale sunt denumite “plămânii Pământului” cea mai mare cantitate de oxigen este produsă de plancton și algele care trăiesc în oceane. Astfel, poluarea apei are un impact semnificativ asupra calității aerului.

În afară de impactul asupra mediului, poluarea aerului este extrem de nocivă și pentru sănătatea oamenilor. De asemenea, o serie de alte materii periculoase pătrund în aer, de exemplu de la gazele de eșapament, provocând îmbolnăviri. De exemplu, dacă există o concentrație ridicată de oxizi de azot în aer (monoxid de azot (NO) și dioxid de azot (NO2) în aer), ca rezultat al luminii soarelui, se produce ozon, care, împreună cu hidrocarburi și particule, duce la formarea smogului de tip “Los Angeles” deasupra orașelor. Potrivit estimărilor OMS, Organizația Mondială a Sănătății, 700,000 de oameni mor anual din cauza efectelor poluării aerului.

Știați că • Bovinele sunt, de asemenea, responsabile pentru încălzirea globală: metanul este generat în cantități mari în timpul digestiei animalelor rumegătoare, precum şi prin descompunerea resturilor vegetale şi excrementelor animale. Producerea unui kilogram de carne de vită adaugă 33 kg de dioxid de carbon la volumul total al gazelor cu efect de seră – cantitate egală cu poluarea aerului de către o mașină europeană medie care străbate o distanță de 250 km.

Harta globală a amprentei ecologice arată clar că poluarea aerului este mai mare în zonele dens populate. Sursa: http://environment.nationalgeographic.com/ environment/energy/great-energy-challenge/globalfootprints/

Fapte și date 50% - jumătate din omenire este expusă la un nivel periculos de poluare a aerului în fiecare zi

Cea mai mare provocare este reducerea cantității de dioxid de carbon, care este posibilă în două moduri. Pe de o parte, putem reduce semnificativ emisia. Deocamdată, această variantă nu pare a fi viabilă: deși s-au luat măsuri semnificative pentru reducerea utilizării energiei fosile și pentru creşterea gradului de utilizare a energiilor alternative, acestea nu sunt suficiente pentru a aduce schimbări substanțiale în nivelele de poluare atmosferică în câțiva ani. Cealaltă soluție este găsirea unei modalități de a folosi dioxidul de carbon pentru un anumit scop, extrăgându-l din aer. Mii de oameni de știință lucrează deja la aceste soluții – acum cu rezultate promițătoare.

Îmblânzirea inamicului

Fapte și date

Există diferite încercări de a utiliza dioxidul de carbon, de la procese la scară mică, la soluții industriale la scară mare. Puțini oameni cunosc faptul că industria chimică procesează deja o cantitate semnificativă de CO2. Acest lucru înseamnă că dioxidul de carbon generat în producția industrială, în special prin ardere sau reacții chimice, nu este eliberat în aer, ci este folosit în diferite scopuri, după curățare. Dioxidul de carbon produs în astfel de procese este folosit pentru producția de apă minerală, dar și în ambalarea în atmosferă modificată, fabricarea maselor plastice, ca material de bază pentru fertilizatorii artificiali, și chiar în medicină.

30 miliarde La nivel mondial peste 30 miliarde tone de CO2 sunt produse de oameni în fiecare an.

Dioxidul de carbon ca salvator al energiei verzi Deși în primă instanță poate părea ciudat, CO2, care este considerat dăunător, poate juca un rol important în îmbunătățirea eficienței energiilor regenerabile. În prezent, sursele regenerabile produc uneori mai multă energie decât poate fi introdusă în rețea la un moment dat. Depozitarea surplusului de energie generate astfel este foarte costisitor şi, uneori, imposibil. Un proces chimic inovator, numit sistemul „power-to-gas” (P2G), în care unul din elementele cheie este chiar dioxidul de carbon

CO2 + 4H2

cu efect de seră, poate rezolva această problemă. Prin procese fizice și chimice, surplusul de energie poate fi transformat în gaz natural (metan) printr-un proces cu două etape, folosind CO2 ca reactant. În prima etapă, energia verde în exces este folosită ca sursă de alimentare pentru a transforma apa (H2O) în hidrogen (H2) și oxigen (O2). Apoi, hidrogenul reacționează cu CO2 pentru a forma gazul metan (CH4).

CH4 + 2H2O

După cum este cunoscut, metanul (principalul component al gazului de cărbune) este un bun depozit de energie care poate fi transferat ușor în rețeaua de gaz natural exsitentă și poate fi folosit când este nevoie. Astfel, această metodă poate fi o modalitate economică de a stoca energia regenerabilă. 14

110 milioane Din totalul emisiilor de CO2 la nivel global, aproximativ 110 milioane tone sunt folosite în prezent ca materii prime chimice. Sursa: Society for Chemical Engineering and Biotechnology (DECHEMA)

Imitând natura: frunza artificială Un tânăr om de știință pe nume Julian Melchiorri a realizat o invenție uimitoare pentru neutralizarea dioxidului de carbon: folosind mătasea, o proteină specială și o substanță ce poate fi găsită în alge, acesta a creat frunza artificială, care fotosintetizează asemenea plantelor reale. Având nevoie doar de lumină, invenția începe prin a transforma dioxidul de carbon din aer în oxigen. Frunza artificială are un aspect modern şi plăcut și astfel poate fi folosită pentru a acoperi pereții exteriori și interiori ai clădirilor, continuând în acest fel să reducă emisia de dioxid de

Potrivit celor mai recente rezultate științifice, reciclarea carbonului ar reduce nu numai nivelul de poluare al aerului, dar ar putea chiar să soluționeze criza surselor de energie – în trei moduri posibile.

Afaceri bune: folosirea dioxidului de carbon pentru a produce combustibil Dioxidul de carbon poate fi folosit pentru a produce metanol, care poate fi folosit ca și combustibil, prin așa numita metodă a carbonului neutru. O companie islandeză a deschis prima fabrică în care se produce metanol din CO2 folosind energia geotermală de la izvoarele cu apă caldă ca sursă naturală de energie. Compania își propune să producă anual până la 50 milioane litri din acest tip de alcool, din dioxid de carbon. Acesta poate fi folosit, de exemplu, pentru a crea energie în pilele de combustie sau poate fi încorporat ca și aditiv în benzină.

Dioxidul de carbon ca materie primă pentru gazul de sinteză (singaz) Există, de asemenea, și alte soluții pentru utilizarea dioxidului de carbon ca și combustibil. Trei companii germane, BASF, Linde și ThyssenKrupp, au început recent un proiect pentru producerea gazului de sinteză din dioxid de carbon și hidrogen, printr-un proces inovator în două etape. În prima fază, o nouă tehnologie cu temperatură înaltă va procesa gazul natural obținut din hidrogen și carbon. În comparație cu alte procese, această tehnologie produce foarte puțin CO2. Apoi, hidrogenul reacționează cu cantități mari de CO2 (provenite din alte procese industriale) pentru a crea gazul de sinteză. Acest gaz este o materie primă esențială pentru industria chimică și, totodată, este adecvat pentru producția de combustibili.

carbon a orașelor. Adecvată utilizării pe timp lung în spațiu, frunza artificială poate juca un rol important și în cercetarea spațială, deoarece oamenii de știință nu știu dacă plantele organice ar supraviețui și s-ar dezvolta în afara atmosferei noastre așa cum oamenii ar avea nevoie, iar dacă omenirea colonizează spațiul, cei care ar trăi pe o altă planetă ar avea nevoie să își producă propriul oxigen. Din acest motiv, chiar și NASA a manifestat interes pentru această invenție.

Curățarea aerului la scară largă Au fost create soluții tehnice unice pentru curățarea dedicată a aerului din orașele mari. Aceste soluții pot contracara nu numai impactul dioxidului de carbon, ci și al gazelor otrăvitoare. De exemplu, un inventator german, Götz Hüsken, a venit cu idea ca suprafețele drumurilor să fie acoperite cu dioxid de titan care, printr-o reacție fotocatalitică – efect al razelor UV ale soarelui – ar descompune dioxidul de azot care poluează aerul. Prin aplicarea acestei soluții, nivelul oxidului de azot din aer poate fi redus cu până la 45%. Invenția olandezului Daan Roosegaarde, ar putea efectiv să „aspire” poluanții din atmosfera orașelor. Acesta plănuiește să realizeze o serie de parcuri care ascund rețele cu bobine

de cupru care, la fel ca purificatoarele pentru aer, folosesc suprafețe încărcate static pozitiv pentru a aspira particulele de carbon din atmosferă. Odată cu lansarea proiectului pilot spre sfârșitul acestui an, se preconizează crearea unor zone de aer curat cu diametrul de 40 m, cu o poluare redusă cu aproximativ 75%. Inventatorul are planuri chiar și pentru depunerile de carbon colectate: procesarea unei părți din acestea în diamante artificiale, un truc chimic aproape la fel de impresionant ca și aspirarea smogului. Dacă planul are succes, Beijing și-ar putea atinge obiectivul de a elimina smogul până în 2017.

Vehicule moderne = aer mai curat În acest scop au fost create mai multe componente de mașină, inclusiv convertoarele catalitice adecvate pentru mediu dezvoltate de BASF și care sunt utilizate cu succes în prezent de sute de mii de mașini. În filtrul instalat în sistemul de evacuare al mașinilor are loc o reacție chimică în mai multe etape, în timpul funcționării. În cadrul acestui proces, cele trei componente cheie ale sistemului de evacuare (hidrocarbură, monoxid de carbon și dioxid de azot) sunt convertite complet în dioxid de carbon, azot și apă. De asemenea, bine-cunoscuta companie

din industria chimică BASF dezvoltă convertoare catalitice pentru mașini și motociclete cu motoare diesel, contribuind astfel la atingerea unor nivele de emisie foarte reduse. Cea mai recentă soluție de reducere a poluării aerului este stratul catalitic patentat PremAir®, care transformă ozonul de la nivelul solului, principalul component al smogului, în oxigen. Atunci când aerul trece prin radiatorul tratat al unui vehicul, PremAir® catalizează reacția care convertește ozonul în oxigen. Acest proces profită de volumul mare de aer care trece prin radiatorul unui vehicul.

Totodată, poluarea aerului de către vehicule este redusă semnificativ dacă trecem de la combustibil de origine fosilă la combustibili alternativi. În prezent, mașinile electrice și hibride sunt principalele alternative la vehiculele cu motoare tradiționale – dar cercetătorii au construit și vehicule propulsate cu apă (mai precis: hidrogen din descompunerea apei) sau aer comprimat. Pentru mai multe informații despre viitorul transportului, citiți articolul nostru intitulat „Noi perspective în transport”.

Având în vedere că transportul este responsabil pentru 30% din poluarea aerului, calitatea aerului poate, de asemenea, să fie îmbunătățită prin reducerea emisiilor mașinilor.

“CHIMIA AERULUI” Aerul este un sistem mult mai complicat decât credem: principalele sale elemente componente sunt azot (78%) și oxigen (21%), dar conține și câteva concentrații fixe și variabile de componente gazoase dintr-o varietate de surse naturale și artificiale. De exemplu, dioxidul de sulf (SO2) poate proveni din activitatea vulcanică, gazele de eşapament, dar și din arderea cărbunelui. Cea din urmă cauzează întotdeauna concentrații mai mari de dioxid de sulf în timpul iernii, ceea ce duce la un număr ridicat de crize de astm. Întotdeauna, aerul conține vapori de apă și picături de apă în care se dizolvă gazele menționate mai sus, ceea de cauzează

(78%)

depuneri acide, dar este posibilă şi o varietate de alte reacții pentru gazele solubile. În regiunile mai reci, în aer sunt prezente și mici cristale de gheață. Suprafața cristalelor de gheață este un catalizator foarte bun care favorizează descompunerea ozonului. Printre alte materii solide, particulele (care nu se depun) sunt cele mai periculoase pentru sănătatea umană, în special PM2,5, adică particule cu diametru mai mic de 2.5 microni. Acestea pătrund în plămâni și transferă metalele și substanțele contaminante organice atașate pe suprafața corpului lor.

(21%)

SO 2

Orașele moderne ale viitorului Creșterea bruscă a populației globale a dus la creșterea numărului și suprafeței orașelor. Calculele arată că până în 2050, 75% din populaţia mondială va trăi în metropole imense. Acest proces predictibil a inițiat discuții între oamenii de știință privind orașele locuibile. Cercetătorii dezvoltă noi tehnologii care ne vor ajuta să trăim în medii urbane inovatoare și sustenabile în viitor, dar care satisfac totodată şi nevoile sociale.

Orașele dintr-o perspectivă nouă Avem tendința să credem că fabricile și unitățile industriale sunt responsabile pentru poluarea mediului și nevoile energetice în creștere, dar nu este așa: marile orașe sunt cele responsabile. Poate este de necrezut, dar orașele mari au nevoie de două treimi din consumul total de energie la nivel mondial. În prezent, cel mai populat oraș din lume este Tokyo, unde locuiesc aproape 13 milioane de persoane, ceea ce reprezintă 10% din populația Japoniei. Acum datele de mai sus nu ne mai surprind, nu-i așa? Principalele întrebări ale cercetătorilor sunt ce inovații ne-ar putea ajuta să reducem consumul de energie în aceste orașe mari și ce metodă ar putea fi folosită pentru a face mai locuibile aceste locuri foarte aglomerate.

extrem de înalţi au reprezentat doar un spectacol arhitectural și au fost admiraţi doar pentru înălțimea lor, dar noile generații de clădiri sunt diferite. De exemplu, giganticul zgârie-nori din Londra numit “The Shard” (Ciobul) nu este doar o clădire comercială și de birouri care funcționează numai în timpul zilei, ci este un „oraș vertical”: în interior există apartamente, restaurante și chiar un hotel. Cea mai înaltă clădire din lume, Burj Khalifa din Dubai cu o înălțime de 828 m, oferă chiar mai mult: apartamente, piețe, parcuri, restaurante, hoteluri și magazine, toate în aceeași clădire. Toate formele de socializare se regăsesc într-o singură clădire, astfel că dacă doriți să ieșiți la o cafea, nu trebuie să traversați strada pentru a ajunge la o cafenea: trebuie doar să luați liftul pentru a ajunge la un alt etaj.

Multe soluții se găsesc în clădiri. Până în prezent, zgârie-norii

În prezent, cel mai populat oraș din lume este Tokyo, unde locuiesc aproape

13 milioane de persoane, ceea ce

10%

reprezintă din populația Japoniei

World Trade Center Unul dintre cei mai mari zgârie-nori din America, dar și din lume, are o înălțime de

541 metri

și a fost finalizată în

2013 în New York. Folosind tehnologia verde de la BASF, s-a construit o structură solidă și durabilă. Prin folosirea betonului Green Sense s-au economisit

peste 113.500 litri de apă potabilă, suficient pentru a umple

6,000 de căzi de baie. Cu această nouă tehnologie se pot economisi 8 milioane kWh, ceea ce înseamnă aproape 340.000 kg de combustibili fosili, și se poate preveni emisia a peste 5 milioane kg de emisii CO2.

Inginerii nu proiectează doar clădiri inovatoare, dar și proiecte de mărimea unui oraș. În Coreea de Sud, Songdo International Business Zone este construit pe o suprafață de 610 acri, și urmează să reprezinte orașul cel mai avansat tehnologic și cel mai ecologic din lume, cu clădiri rezidențiale, școli, spitale, clădiri de birouri și facilități culturale. Practic, acesta este primul oraș informatizat în totalitate, în care totul, de la cumpărarea alimentelor la vizitele medicale, poate fi făcut de la distanță, printr-un calculator conectat la rețea. Orașul va include o zonă verde ce va reprezenta 40% din suprafaţa sa, și o atenție deosebită va fi acordată traficului pietonal și pistelor de biciclete. Pe lângă aspectele estetice, parcurile vor preveni formarea de insule de căldură urbane: când temperatura este ridicată din cauza clădirilor și duce la deteriorarea calității aerului. Întregul oraș este construit pe baza principiilor ecologice care includ acoperișuri cu vegetație pentru a preveni infiltrarea apei pluviale și pentru a promova diversitatea, semafoare eficiente energetic cu LED-uri, și chiar un sistem colector subteran al deșeurilor care va elimina nevoia de camioane de gunoi. Planificarea inteligentă a orașului asigură menținerea unor distanțe scurte și dezvoltarea unui sistem sofisticat de reciclare și a unui sistem de transport local ecologic. Apa de mare desalinizată și apa reciclată sunt introduse în sistemul de aprovizionare cu apă, acoperind jumătate din nevoile de apă ale orașului. Alte orașe ecologice similare sunt deja în curs de dezvoltare în China și India.

Masdar City Cel mai ecologic eco-oraș din lume este construit în Emiratele Arabe. Acesta va consuma un sfert din cantităţile de apă și energie consumate de un oraș de aceeași mărime. 2 miliarde tone de țiței vor fi economisite în 25 ani. Cum este posibil? Potrivit planurilor, deasupra orașului se va afla un panou solar asemănător cu o umbrelă care va produce energie pe timpul zilei și se va închide în timpul nopții. Unitatea va ajuta la economisirea a aproximativ 175.000 tone de CO2 pe an. În afară de proiectele de energie solară, Masdar dezvoltă de asemenea, unul dintre cele mai mari parcuri eoliene din lume situat în largul mării. De exemplu, materialele cu schimbare de fază integrate în tencuială și plăcile de gips-carton, sau polistirenul și poliuretanul folosit pentru stratul izolator pot oferi o alternativă la aerul condiționat. În plus, pigmenții de culoare neagră folosiți pentru membranele aplicate pe acoperișuri absorb numai o mică parte din razele infraroșii, prevenind astfel încălzirea suprafețelor de culoare închisă. Pe lângă economisirea energiei, deșeurile sunt sortate și reciclate, iar deșeurile organice sunt folosite pentru compost. Orașul implementează şi concepte ecologice de transport. Până la finalizarea lui în 2025, se preconizează că orașul va avea 40.000 rezidenți și 50.000 de navetiști.

În afară de cartierele de lux, proiectanţii iau în considerare și cartierele sărace fără electricitate și apă potabilă care sunt foarte expuse la efectele forțelor naturii. Inovațiile fac posibile construcțiile rapide și ieftine, în timp ce structurile stabile și flexibile permit crearea de cămine sigure pentru oameni. De exemplu, în Mexico City, au fost construite 10.000 de case noi folosind aditivii BASF pentru beton, care au redus considerabil timpul necesar pentru întărirea betonului, ceea ce a condus la o construcție mai ieftină.

Terraforming – să ne mutăm pe o altă planetă! Omenirea este conștientă de faptul că vom suprapopula Pământul, astfel că a început să caute alte locuri de viață pe alte planete. Până acum, termenul “terraforming” s-a întâlnit în special în filmele științifico-fantastice, dar este posibil ca omenirea să modifice atmosfera, temperatura și topografia planetelor în viitor, folosind invențiile științei și tehnicii pentru a le face locuibile pentru oameni. Dintre planetele cunoscute în prezent, Marte pare a fi cea mai apropiată din acest punct de vedere, în ciuda faptului că temperatura medie este -60 grade

și lumina este mai redusă. În primul rând, ar trebui ridicată temperatura, ceea ce ar duce la topirea gheții și la eliberarea dioxidului de carbon stocat în sol. Oglinzile plasate pe orbită în jurul planetei Marte ar putea mări și mai mult efectul de seră. După aceasta, s-ar planta plante care produc oxigen.

Construcțiile viitorului Ca urmare a creşterii conştiinţei publice privind mediul înconjurător și energia, soluțiile arhitecturale inovatoare devin tot mai importante, având în vedere că principalul motiv al poluării aerului din orașele mari cu milioane de locuitori este emisia de substanțe nocive rezultate din consumul energetic al gospodăriilor. Pentru rezolvarea acestei probleme, au apărut așa numitele case pasive, care au devenit tot mai frecvente. Aceste clădiri sunt speciale pentru că au fost construite din materiale ecologice folosind tehnologii ecologice, care contribuie la economisirea unor cantități semnificative de energie, şi în acelaşi timp permit reducerea poluării mediului. Acest proces este realizat cel mai bine prin reducerea sau eliminarea totală a sistemului de încălzire, în acest scop folosindu-se materiale izolatoare moderne. Spuma izolatoare Neopor de la BASF este unul din aceste materiale: este diferită de alte materiale

pentru izolare deoarece particulele de grafit sunt amestecate și pulverizate pe materialul brut de polistiren care reflectă radiațiile de căldură. Este important să nu conțină hidrocarburi halogenate, fiind astfel mai ecologic. Materialele izolatoare fabricate din acest material sunt cu 20% mai eficiente decât alte materiale izolatoare. În ceea ce privește căldura care se pierde prin ferestre, a fost dezvoltat un sistem de tâmplărie din plastic special cu geam triplu stratificat care oferă o izolare cu 20% mai bună, dacă folia de acoperire cu pigmenți speciali BASF este lipită pe sticlă. Pe lângă izolarea termică, metoda de folosire a căldurii este, de asemenea, importantă. Dacă ați văzut vreodată o astfel de clădire, probabil ați observat panourile solare poziționate pe acoperiș; dar pe lângă utilizarea energiei solare, sistemul de încălzire folosește și energia solului.

Peretele de depozitare a energiei termice Pare incredibil, dar BASF a găsit soluția și la această problemă! În interiorul peretelui de gips-carton există un material cu schimbare de fază care absoarbe căldura din timpul zilei și o eliberează în timpul nopții. Cum este posibil? Micro-capsulele de parafina încorporate preiau căldura și o eliberează mai târziu. Materialul se topește la 23-26 grade și datorită schimbării de fază absoarbe o cantitate semnificativă de căldură din mediu. Astfel, temperatura camerei rămâne neschimbată. Mai târziu, în timpul nopții, - datorită scăderii temperaturii – parafina se solidifică și eliberează energia termică stocată în mediul înconjurător.

Evoluţia nu se oprește niciodată: potrivit ultimelor cercetări, materialele izolatoare ultramoderne vor putea transforma chiar și undele sonore în căldură. Pe lângă materialele de construcție inovatoare, dezvoltatorii au luat în considerare și aspectul clădirilor. Cu ajutorul nanotehnologiei, aceștia au inventat un strat protector special care previne lipirea particulelor de suprafață, astfel că nici un fel de particule nu se depun pe exteriorul clădirilor. Vopseaua BASF pentru pereţi are proprietăți hidrofile, ceea ce înseamnă că absoarbe apa. Ca rezultat, în cazul unei ploi torențiale, picăturile se răspândesc pe suprafața peretelui

și spală imediat mizeria aderentă. După ploaie, stratul subțire de apă se evaporă rapid, prevenind formarea mucegaiului și a algelor. Datorită nanotehnologiei, în viitor nu vom mai avea nevoie de jaluzele pentru geamuri, deoarece este inventată sticla tot mai inteligentă, care transmite lumina, dar nu și căldura. În cadrul unor experimente, s-a introdus un gel special între două geamuri de sticlă şi s-au amestecat diferiți compuși în materialul sticlei, precum halogenura de argint, care se închid la culoare în funcție de intensitatea luminii, dar în acest caz căldura este transmisă totuși prin sticlă. Cercetarea este într-o fază atât

de avansată, încât a fost dezvoltată o structură de sticlă îmbogățită cu oxid de niobiu, în care au fost adăugate nanocristale de oxid de indiu și staniu. Această combinație poate separa și regla disiparea luminii vizibile și a căldurii în infraroșu. Astfel, în timpul verii împiedică razele infraroşii, care emit căldură, să intre în cameră prin geam, dar în timpul iernii acestea pot intra. Astfel, se poate reduce semnificativ consumul de energie. Până în acest moment, producerea acestei tehnologii este foarte costisitoare, dar este posibil ca în viitor să devină realizabilă.

Știați că • Biomimetismul este o fuziune între biologie și inginerie. Obiectivul principal este copierea invențiilor naturii prin observarea structurilor și mecanismelor organismelor. Arhitecții studiază intens strategia de construcție a termitelor, deoarece aceste creaturi minuscule reușesc să construiască movile cu coșuri de răcire și încălzire care se închid și se deschid, în care pot să își cultive principala hrană, o ciupercă, ce este extrem de sensibilă la temperatură. Copiind acest concept, costurile energetice ale clădirilor ar putea fi reduse semnificativ.

Atunci când se proiectează o clădire nouă, inginerii iau tot mai mult în considerare numărul mare de cutremure şi au dezvoltat tehnologii diverse de protecţie în caz de cutremure. Realizarea unor pereți rezistenți la vibrații este crucială, lucru ce poate fi realizat prin instalarea de grinzi și stâlpi flexibili din lemn și oțel. În afară de aceasta, o structură de oțel încorporată în baza casei asigură absorbția vibrațiilor pământului. Casele ușoare și casele realizate din oțel nu se prăbușesc la fel ca cele din cărămidă.

Beton inteligent După apă, betonul este cel mai folosit material din lume, astfel că dezvoltarea lui a fost importantă pentru BASF. Aditivii și materialele de repare au ușurat producerea betonului, care a devenit mai rezistent, ceea ce înseamnă că se poate reduce consumul de resurse și energie. Totodată, acesta a crescut şi durata de viață a clădirilor și a redus perioada de construcție.

Mobilier într-o altă perspectivă Putem întâlni deja cărți, ziare și chiar hârtie igienică produse din hârtie reciclată. Ideea a fost reluată de ingineri și în magazine a apărut mobilierul din hârtie. Poate că sună incredibil, dar este mai rezistent decât credeți. Ca să nu mai menționăm că transportul acestui mobilier ușor necesită mai puțină energie și poate fi refolosit după ce este aruncat. Având în vedere că componentele pot fi asamblate prin lipire și îndoire, oricine poate face acest lucru cu ușurință la domiciliu. Dezvoltatorii BASF au reconsiderat mobilierul de lemn din perspectiva protecției mediului înconjurător. Aceștia au dezvoltat materialul pe bază de lemn

Kaurit@Light care face ca plăcile de lemn să fie cu 30% mai ușoare, în timp ce capacitatea de încărcare rămâne la fel. Producătorii preferă noile panouri stratificate din polimer expandat și adeziv Kaurit@, deoarece sunt mai ușoare, ceea ce înseamnă costuri de transport și manipulare mai mici și mai puțin ambalaj. În gospodăriile viitoare, plasticul va avea un rol tot mai mare. Materialele realizate de om sunt prezente în toate activitățile și aspectele vieții noastre de zi cu zi. Producătorii de mobilier agreează acest material deoarece, datorită tehnologiei, acesta a trecut, de asemenea, prin transformări inovatoare. BASF a dezvoltat un plastic „ultra” lichid care, datorită unor

nanoparticule specifice, devine de două ori mai diluat la 230 grade, decât orice alt produs similar. În acest fel, se poate economisi energie în timpul producției. Mai mult, în timpul modelării, noul plastic se solidifică rapid, scurtând procesul de producție. Scaunul premiat MYTO este fabricat din acest material și, în plus, a fost modelat dintr-o singură bucată de plastic, ceea ce înseamnă că nu conține șuruburi metalice. Astfel, inginerii au creat un mobilier cu adevărat ecologic, ușor de reciclat, rezistent, cu o formă neobișnuită.

Reciclarea hârtiei este evidentă în întreaga lume, gândiți-vă doar că pentru a produce

1 tonă de hârtie sunt necesare

300 tone de apă

Materiale autoregeneratoare Două noi tipuri de polimeri au fost create de oamenii de știință din cadrul departamentului pentru polimeri sintetici. Aceștia sunt extrem de rezistenți, au proprietăți de auto-regenerare și pot fi chiar reciclați. Materialul ușor, rigid, numit Titan, este format în urma condensării paraformaldehidei și a oxidianilinei la 250 grade. Celălalt tip, Hydro, este un gel foarte elastic, produs la temperatură joasă. Ambele sunt reciclabile și rezistente la solvenți, dar în mediu acid devin plastice și pot fi remodelate. Nu se crapă, de aceea pot revoluționa producția de avioane și mașini, ca și întreaga industrie electronică. Prin remodelarea acestor materiale, pot fi create noi structuri de polimeri, care sunt cu 50% mai rezistente și mai ușoare.

Nu risipiți gunoiul! Prin inițiative de dezvoltare urbană inovatoare, oamenii de știință încearcă să facă totul pentru a crea un mediu de viața sustenabil, dar eforturile lor sunt inutile dacă oamenii nu sunt capabili să își schimbe stilul de viață. Oamenii, în special locuitorii marilor orașe, au un stil de viață risipitor: folosesc prea multă energie și apă, produc o mulțime de bunuri inutile care duc la o ofertă excedentară și, în acest fel, produc foarte mult gunoi. Din fericire, există o speranță, deoarece „produsele secundare”, de fapt gunoiul pe care îl generăm, poate fi reciclat în moduri surprinzătoare, trebuie doar să fim creativi. Totodată, au apărut inovații de înaltă tehnologie în domeniul gestionării deșeurilor și a instalațiilor centrale de tratare a deșeurilor, și a început deja modernizarea mijloacelor folosite pentru transportul și procesarea acestora. În Uniunea Europeană se produc anual 1,3 miliarde tone de deșeuri. Cunoscând acest lucru, este esențial să dezvoltăm

și să introducem tehnologii noi și inovatoare pentru a produce mai puține deșeuri, dar și pentru a recicla, ceea ce înseamnă că aceste materiale sunt transformate din nou în produse noi, materii prime sau energie. Procesul urmărește să economisească resursele pământului și să utilizeze mai puțin lemn, apă sau energie. Pentru aceasta, a fost dezvoltată o strategie de gestionare a deșeurilor, la care au fost asociate 3 principii cheie. Să vedem ce înseamnă acest lucru! Prima sarcină este reducerea cantității de deșeuri și evitarea producerii lor, dacă este posibil. Următoarea este refolosirea materialelor în forma lor originală sau într-un alt mod. A treia este reciclarea, ceea ce înseamnă că materialul este folosit din nou sub o altă formă. Toate acestea sunt opțiuni benefice și ecologice și, dacă oamenii le acordă atenție, putem face un imens pas înainte pentru a preveni problemele. Și voi puteți contribui la aceasta zilnic! Colectarea selectivă are loc deja în multe gospodării, dar nu toată lumea ia în serios această sarcină.

? În Uniunea Europeană se produc anual

1,3 miliarde tone de deșeuri.

Știați că • Prin comprimarea sticlelor de plastic: costuri de transport 75% cantitatea eliberată de Co2 50-90% pot fi reduse datorită necesităţilor mai reduse de transport. O parte a acestora poate fi refolosită de industria textilă ca materii prime pentru haine (de exemplu, ca lână).

Colectarea selectivă are loc deja în multe gospodării, dar nu toată lumea ia în serios această sarcină.

Soluția se află în compoziția acestui material

Colectarea selectivă este mult mai eficientă decât colectarea tradițională a deșeurilor, deoarece este posibilă tratarea, reciclarea și recuperarea ulterioară a materiilor prime din deșeuri. De asemenea, reduce cantitatea de deșeuri care este deversată în gropi de gunoi, prelungindu-se durata de viață a acestora. Următoarele materiale sunt colectate selectiv: plastic, sticlă, metal și hârtie. Trebuie să reținem că dispozitivele electronice uzate pot conține substanțe periculoase (plumb, mercur, crom) care pot polua apa sau aerul și pot cauza alte probleme. Gestionarea ecologică a deșeurilor include, de asemenea, compostarea, eliminarea și, o metodă mai puțin agreată, incinerarea deșeurilor. Deșeurile vegetale organice se descompun singure în mediul înconjurător, dar pot fi folosite ca și compost. Pentru ușurarea acestui proces, BASF a creat un sac de gunoi compostabil. Dar cum se descompune acest sac? Soluția se află în compoziția acestui material. Unul din componente este plasticul

compostabil pe bază de petrol dezvoltat de BASF, celălalt este acidul polilactic, care este extras din amidonul de porumb. Această combinație formează un plastic flexibil din care se pot produce saci de gunoi. În condiții controlate, precum temperatură și umiditate ridicate, și o anumită valoare a acidității instalațiilor de compostare industriale, microorganismele, ciupercile și bacteriile transformă materiile în deșeuri biologice, apă, dioxid de carbon și biomasă, adică în compost valoros. Acest plastic nu are doar rolul de compost, ci este adecvat și pentru producerea biogazului. Biogazul este format atunci când materiile organice sunt descompuse de bacteriile anaerobe care nu au nevoie de aer pentru metabolism și reproducere. Amestecul de gaz produs în acest mod conține metan în proporție de 45-70%, care poate fi folosit datorită conținutului mare de energie. De aceea, în multe ferme de animale sunt instalate bioreactoare pentru a produce energie pentru fermă, în spiritul auto-sustenabilității.

Casa din deșeuri O invenție maghiară permite producerea de plăci din plastic din deșeuri. Este numită SYLROCK și reprezintă un material omogen rezistent la acid, alcali și apă și perioada de degradare este de 400 ani, ceea ce înseamnă că este foarte durabil. Pentru fabricarea sa se folosesc nu numai deșeuri menajere, ci și industriale. Posibilitățile de aplicare sunt nelimitate, de exemplu din acest material poate fi produs mobilier de grădină și stradal. Pentru producerea unei singure plăci este nevoie de 340 kg de deșeuri, o cantitate considerabilă, dar, din fericire, sau mai degrabă din nefericire, există suficiente deșeuri pretutindeni: numai în Uniunea Europeană

1 milion kilotone de deșeuri

așteaptă să fie procesate.

Chimia plasticului Din punct de vedere chimic, plasticul este un material extrem de diversificat, cu structură macromoleculară, ca proprietate comună. Macromoleculele sunt compuși cu greutate moleculară mare și care conțin una sau mai multe unități structurale. Pot exista mii de astfel de unități conectate între ele. Desigur, moleculele de plastic nu au niciodată aceeași mărime, dar există o greutate moleculară medie care este folosită pentru a descrie moleculele.

După formă:

1. Liniare Masele plastice sunt grupate după origine:

2. Ramificate 3. Spațiale

1. Convertite din macromolecule naturale (vegetale – celuloză, amidon – proteină)

2. Artificiale (polimerizare în trepte sau înlănțuită)

După opțiunile de procesare:

1. Termoplastice 2. Termorigide

În ultimii 15 ani, utilizarea biopolimerilor a crescut cu peste 10% în fiecare an. Proprietățile plasticului de bază pot fi modificate prin mai mulți aditivi, precum plastifianții, catalizatorii, inhibitorii de coroziune, substanțele ignifuge, materiale de umplutură / de construcție, lubrifianții, inhibitorii de îmbătrânire, etc. În prezent, polimerii biodegradabili, pe scurt biopolimeri, sunt tot mai importanți, iar cele mai importante materii prime ale acestora sunt amidonul și acidul (poli) lactic. În ultimii 15 ani, utilizarea biopolimerilor a crescut cu peste 10% în fiecare an. Acidul polilactic este o materie primă promițătoare, cu o sferă largă de utilizare. În condiții corespunzătoare se descompune (hidrolizează) relativ rapid în unități de acid lactic, iar produșii finali ai degradării naturale sunt apa și dioxidul de carbon.

Creșterea populaţiei conduce la o cerere tot mai mare de energie, ceea ce reprezintă o provocare pentru cercetători. Știința a dezvoltat o mulțime de metode de a utiliza energia în manieră inovatoare și de a exploata energiile regenerabile într-un mod mult mai eficient. Citiți despre revoluția în domeniul iluminatului, sursele de lumină care necesită tot mai puțină energie, posibilitățile aproape nelimitate ale energiilor alternative, precum și economisirea de energie și metodele ecologice în ceea ce privește transportul.

ENERGIE INTELIGENTĂ

Surse de energie revizuite Știința poate oferi un ajutor imens în utilizarea inovatoare a energiei. Unul din obiectivele fundamentale ale cercetătorilor este să dezvolte metode alternative pentru utilizarea surselor de energie deja existente într-o manieră mai eficientă și mai ecologică în viitor, pentru a asigura dezvoltarea sustenabilă a Pământului.

De unde provine energia și unde se duce? Timp de mii de ani, oamenii au putut să se încreadă doar în forțele proprii. Mai târziu, au folosit mașinile tractate de animale. Totuşi, astăzi cu greu mai putem găsi un instrument care funcționează fără combustibil modern. Aparatele de bucătărie, televizoarele, calculatoarele și aparatele de iluminat au nevoie de electricitate; iar automobilele noastre au nevoie de combustibili sintetici care sunt produși la scară industrială. Singura problemă este că oamenii folosesc combustibili fosili pentru a-i produce: obținem energie prin arderea cărbunelui mineral și a petrolului. Având în vedere creșterea populației și numărul tot mai mare de orașe moderne, a crescut şi consumul de energie: casele au nevoie de încălzire și răcire, clădirile publice

și unitățile industriale necesită tot mai multă energie, transportul public trebuie asigurat și, nu în ultimul rând, iluminatul public, care consumă jumătate din energia de care are nevoie un oraș, este de asemenea necesar. Din cauza consumului crescut de energie, rezervele de energie ale Pământului se diminuează încet și în curând putem epuiza combustibilii fosili, care nu se regenerează ușor, având în vedere că este nevoie de mii de ani pentru descompunerea plantelor și animalelor în adâncul pământului pentru a se transforma în materiale cu potențial energetic, petrol și cărbune. Ca să nu mai vorbim de faptul că un consum excesiv de energie este un factor grav de

poluare: fumul produs de fabrici și gazele de eșapament ale automobilelor conțin cantități mari de dioxid de carbon și multe alte substanțe poluante, precum și gaze cu efect de seră care sunt eliberate în atmosferă şi care au un grav impact asupra viitorului planetei noastre. Oamenii de știință au recunoscut acest lucru cu mai multe decenii în urmă, și de aceea atrag atenția tuturor asupra consumului care economisește energia. De asemenea, dezvoltă concepte inovatoare și vizionare în domeniul energiei pentru viitor. Scopul lor este de a găsi modalități de a utiliza sursele de energie existente mai eficient și de a îmbunătăți viabilitatea surselor alternative de energie.

O CANTITATE ENORMĂ de combustibili fosili care au fost consumați în ultimul secol

Singura noastră perspectivă: utilizarea surselor de energie regenerabile Energia eoliană Așa numita energie regenerabilă rezultată din interacțiunea fenomenelor naturale a fost folosită de secole la o scară mai mică: energia vântului și apei este folosită de mori, în timp ce energia solară și geotermică este folosită pentru a încălzi apa. Este timpul să redescoperim aceste soluții, având în vedere că acestea au un potențial mult mai mare, iar știința ne poate ajuta să le exploatăm mai bine, astfel încât să putem genera electricitate într-o manieră ecologică.

Una din energiile regenerabile este vântul, descoperit în ultimele decenii și din ce în ce mai multe parcuri eoliene sunt create folosind tehnologii moderne pentru a exploata potențialul uriaș al vântului. În 2013, capacitatea energetică a vântului era de 318 GW, adică de aproape zece ori mai mult decât era acum zece ani.

Fapte și date

Energia eoliană este captată și procesată în parcuri eoliene, unde centralele eoliene pot fi găsite una lângă alta. Funcționarea lor este foarte simplă: paletele eoliene, care captează vântul, sunt conectate la turbine care produc electricitate. Energia curată poată fi furnizată nu numai clădirilor rezidențiale, ci și unui oraș întreg. Producția de energie eoliană a României este remarcabilă printre țările Europei Centrale și de Est. Romannia și-a mărit producția de energie eoliană de 1,5 ori într-un singur an, astfel că în 2013 centrale eoliene au produs deja 4,300 MW.

9% - Se preconizează că energia eoliană va furniza peste 9% din energia globală furnizată până în 2020. Cifra actuală este de aproximativ 2,3%. 50% - Danemarca este liderul mondial în energie eoliană, aproape o treime din energia sa fiind generată de turbinele eoliene. Acest procent va crește în curând la 50%. 35

materiale inovatoare FOLOSITE în turbine eoliene Materialele și durabilitatea paletelor afectează substanțial eficiența turbinelor eoliene, având în vedere că la 90 metri înălțime turbinele eoliene pot fi expuse la viteze ale vântului de 300 km/oră. De aceea, inginerii de la compania germană BASF, au dezvoltat un strat de acoperire de înaltă tehnologie, care este flexibil, rezistent și reflectă razele UV ale soarelui. Stratul protector de acoperire Relest® rămâne stabil chiar și în cele mai vitrege condiții meteorologice și nu se exfoliază de pe palete, prelungind astfel durata de viață a acestora, ceea ce conduce la o producție mai ieftină a energiilor regenerabile. În plus, în turbinele eoliene sunt folosite o serie de materiale BASF inovatoare, precum sistemele bi-componente care conțin o rășină epoxidică și aditivi de întărire pentru producția de palete pentru rotor și mortare speciale pentru turn și bază. Aceste îmbunătățiri fac posibilă construcția uriașelor turbine eoliene: ultimul record a fost atins de o turbină eoliană cu un diametru de 127 metri cu palete de 60 m lungime.

90 metri

viteze ale vântului de 300 km/oră.

Colectarea energiei eoliene DE deasupra norilor

Industria energiei eoliene de dezvoltă rapid: există deja idei în curs de dezvoltare pentru a colecta energia eoliană de deasupra norilor. În viitor, zmeiele, aeronavele ușoare și baloanele ar putea fi folosite pentru generarea de energie. Inovația Wind Turbine Airborne este una din aceste centrale viitoare. Este o turbină

cilindrică, cu înălțime de trei metri, umplută cu heliu, care are în mijloc o elice. Dispozitivul pe bază de heliu se poate ridica la 300 m înălțime, unde vântul bate mai puternic, colectând astfel mai multă energie. Energia electrică produsă de elice ajunge la generatorul de la nivelul solului printr-un cablu.

Energia solară Cealaltă energie verde este energia solară, care poate fi folosită datorită echipamentelor speciale. Unul dintre acestea este panoul solar, care transformă energia solară în căldură și celălalt este celula solară care generează electricitate din energia soarelui. În prezent, nu este surprinzător când vedem astfel de panouri de sticlă pe acoperișurile caselor, deoarece instalarea lor a devenit mai economică și pot fi ușor conectate la sistemul de alimentare cu electricitate al casei. Utilizarea panourilor solare în casele noastre este o afacere bună: nu doar pentru că economisim bani la factura de electricitate, dar totodată putem câștiga bani. Energia excedentară, pe care oamenii o produc, dar nu o folosesc, poate fi cumpărată de furnizorii de electricitate. Folosirea energiei solare la scară industrială este și mai avantajoasă. Astfel, în țările în care soarele este prezent mai mult timp, sunt construite parcuri solare uriașe, în care pot fi instalate chiar și 120.000 celule solare care pot produce 2,000 MW anual. Această cantitate este suficientă pentru a livra electricitate pentru 700,000 de case.

Dar cum se produce mai exact electricitatea din lumina soarelui? O celulă solară sau celulă fotovoltaică este un dispozitiv electric care convertește direct energia solară în electricitate prin efectul fotovoltaic. Procesul de conversie are nevoie, în primul rând, de un material care absoarbe energia solară (foton), apoi aduce un electron la o stare de energie mai mare și apoi trece acest electron cu energie mare către un circuit extern. Celulele solare sunt formate din două sau mai multe straturi de material semiconductor care sunt tratate cu anumite elemente chimice pentru a forma joncţiuni “p” şi “n”. Lumina cu o anumită lungime de undă poate ioniza atomii semiconductorului, astfel fotonii incidenți generează purtători de sarcină în exces. Majoritatea purtătorilor de sarcini pozitive (goluri) pot fi găsiți în stratul “p”, în timp ce purtătorii de sarcini negative (electronii) sunt în stratul ”n”. Deși purtătorii de sarcină ale celor două straturi cu sarcini opuse se atrag reciproc, aceștia se pot recombina traversând un circuit extern, din cauza pragurilor potențiale dintre ele.

Tehnologia fotovoltaică nu este încă destul de eficientă și nici rentabilă pentru a concura cu sursele convenționale de energie. De aceea, este în sarcina științei să dezvolte soluții care să ajute energia solară să concureze cu sursele convenționale de energie. Având în vedere că eficiența celulelor solare depinde în mare parte de calitatea materialelor implicate în proces, compania chimică BASF dezvoltă soluții care ajută producția de energie. Aşa sunt plăcuţele semiconductoare de siliciu şi sistemele cu film subţire. De exemplu, compania produce aditivi chimici care fac ca producţia de plăcute semiconductoare de siliciu să fie mai precisă şi mai ieftină. De asemenea, compania a dezvoltat materiale plastice rezistente la razele UV care pot înlocui cadrele de aluminiu ale panourilor solare astfel încât celulele solare să poată rezista mai bine la condițiile atmosferice. În plus, o varietate de adezivi și materiale izolatoare ale companiei germane asigură durabilitatea celulelor solare.

Știați că • Soarele deţine o cantitate incredibilă de energie: consumul de energie anual total al omenirii ar putea fi acoperit în întregime de energia produsă de Soare într-o oră, dacă am putea folosi acea energie în întregime.

Fapte și date 1,248 gigawatt-oră - În 2013, lumea a produs această cantitate de electricitate în centralele solare.

Există şi parcuri solare în care energia solară este direcționată cu oglinzi mobile numite heliostate, care produc căldură direct. Acestea se numesc Parcuri Termo-Solare. Cel mai mare parc termo-solar din lume, cu o suprafață de 1,500 acri, este în deșertul Majove, la granița dintre California și Nevada. Capacitatea celor 300,000 oglinzi este de 392 MW şi poate alimenta cu energie 140.000 gospodării. Cel mai mare parc termo-solar din Europa este Planta Solar 10, aflat în Sevilla, Spania.

Soarele din horn Turnul eolian solar, cunoscut și sub numele de horn solar, este o nouă alternativă din domeniul surselor de energie regenerabile. Invenția se bazează pe un fapt cunoscut de mii de ani, și anume că aerul cald se ridică. Funcționează astfel: aerul este încălzit de energia solară care generează un flux vertical de aer în interiorul turnului, care determină turbinele eoliene ale turnului să se rotească, producând energie. În prezent, China are un astfel de turn, dar multe alte țări plănuiesc să construiască turnuri similare, la fel ca în deșertul australian, unde aerul de la suprafața solului este foarte fierbinte. Potrivit planurilor, acest turn va fi cea mai înaltă clădire din lume, înălțimea sa fiind între 750 și 1,000 metri.

Hidroenergie Hidroenergia este diferită de celelalte forme ale surselor de energie regenerabile deoarece este disponibilă permanent; vântul nu bate tot timpul, iar soarele este prezent numai în timpul zilei, dar apa nu lipsește niciodată, deci este o sursă de energie mult mai stabilă. Nu este o coincidență faptul că această energie verde este cea mai răspândită: aproape 20% din electricitatea la nivel mondial este produsă cu ajutorul apei, adică aproximativ 2,030 TWh. Aceasta reprezintă de sute de

ori mai mult decât capacitatea parcurilor eoliene funcționale în prezent. Se estimează că la nivel mondial capacitatea hidroenergetică totală disponibilă este de zece ori mai mare, deci există încă domenii neexploatate. Ţinând cont de râurile de munte cu cursuri rapide, cei mai mari utilizatori de hidroenergie sunt Norvegia, Elveția, Italia, Suedia și Finlanda. De asemenea, din acest motiv, Norvegia este liderul mondial în utilizarea energei regenerabile.

Hidroenergia este exploatată în centrale hidroelectrice, unde cursul râurilor este de obicei blocat de un baraj și energia apei este convertită în energie electrică prin intermediul turbinelor de apă și a generatoarelor electrice. În plus, există centrale energetice alimentate cu valuri care utilizează energia mișcării continue a mării. Deși acest domeniu este încă puțin utilizat, potrivit experților în energie, 15% din electricitatea la nivel

mondial ar putea fi produsă de valurile mărilor și oceanelor, o cantitate uriașă, exact de două ori mai mult decât se produce în prezent în centralele nucleare din întreaga lume. Toate acestea arată că sarcina inginerilor de azi și de mâine este de a redescoperi aceste tehnologii date de natură și de a crea stații energetice verzi mai eficiente folosind materiale moderne și sisteme informatice avansate.

Știați că • Puterea inepuizabilă a apei poate fi utilizată, de asemenea, pentru producerea de energie în râurile cu un curs lent. Această metodă, trecută cu vederea în mare parte, a fost utilizată totuși în anii 1200 în centralele bazate pe maree. Ideea este că energia mișcării apei între nivelul maxim și minim al mareelor este folosită de mici turbine hidroenergetice. Această soluție ecologică este folosită tot mai puțin începând cu anii 1800, în perioada industrializării, deoarece nu a fost la fel de eficientă ca petrolul sau cărbunele.

Fapte și date 20% - din energia anuală la nivel mondial este obținută din hidroenergie 39

Energie din deșeuri Biogazul este un factor tot mai important în producția de energie. Poate fi obținut din materiile prime disponibile la nivel regional, precum deșeurile reciclate. De asemenea, este o sursă de energie regenerabilă și în multe cazuri generează o amprentă de carbon foarte mică. Biogazul este

produs de bacteriile anaerobe prin digestia substanţelor organice sau prin fermentarea materialelor biodegradabile precum gunoiul de grajd, apele uzate, deșeurile municipale, deșeurile verzi şi materialele vegetale provenite din culturile agricole. Metanul, hidrogenul și monoxidul de carbon (CO) pot fi arse

sau oxidate cu oxigen. Această eliberare de energie permite biogazului să fie folosit ca și combustibil, poate fi folosit pentru încălzirea în diverse scopuri, cum este gătitul. De asemenea, poate fi folosit pentru un motor pe gaz, pentru a converti energia gazului în electricitate și căldură.

Energia este pretutindeni, trebuie doar să știm cum să o folosim

Pe lângă utilizarea tot mai diversificată a surselor de energie regenerabile, cercetătorii creativi pot produce energie în moduri uimitoare. De exemplu, pentru utilizarea energiei cinetice sau mecanice, este nevoie doar de puțină imaginație și câteva soluții științifice inovatoare. În

Japonia. Mai mult, un proprietar creativ de discotecă a implementat în premieră mondială primul ring de dans sustenabil în Olanda, care colectează energia cinetică de la mișcările dansatorilor și produce energie electrică folosind generatoare.

mai multe orașe, sunt plasați senzori în asfalt sau pavaj, care utilizează energia pașilor trecătorilor. Inițiativa cu cel mai mare succes a fost introdusă la Jocurile Olimpice de la Londra. De atunci, pavaje energetice similare funcționează în Israel, în Toulouse, Franța, și în Tokyo,

Terenul de fotbal cinetic Recent, în Brazilia a fost inaugurat primul teren de fotbal cinetic din lume. Sub gazon, se află 200 de plăci pentru captarea energiei mișcărilor jucătorilor pentru producerea de electricitate. De asemenea, în jurul terenului sunt instalate panouri solare. 80% din energia folosită pe teren în timpul zilei este produsă de panourile solare, în timp ce plăcile cinetice asigură 100% din energia folosită pe timpul nopții.

Fapte și date 53% - aceasta este cantitatea suplimentară de energie de care are nevoie omenirea până în 2030, dacă nu vom economisi energie. 16% - aceasta este cantitatea suplimentară de energie de care are nevoie omenirea până în 2030, dacă vom economisi energie.

Nu risipiți! Cercetătorii viitorului sunt de acord că viitoarea criză energetică este soluționată doar parțial prin utilizarea energiilor regenerabile și a soluțiilor inteligente menționate mai sus: economisirea energiei și reducerea necesarului de energie al lumii sunt, de asemenea, cel puțin la fel de importante. Potrivit calculelor efectuate, dacă vom continua risipa, nevoia de energie a omenirii se va dubla până în 2030, ceea ce înseamnă că emisiile de dioxid de carbon se vor dubla. Cu toate acestea, dacă începem să economisim energie, cererea va crește cu doar 16%. Locuitorii orașelor au o responsabilitate mare în economisirea energiei , având în vedere că cea mai mare parte a energiei este folosită de orașele mari. De asemenea, unitățile industriale trebuie să facă o schimbare, deoarece folosesc mult mai multă energie decât gospodăriile. Este sarcina lor să dezvolte propriile tehnologii și să își optimizeze procesele pentru a reduce necesarul de energie. Acest proces a început deja și multe unități industriale mari s-au modernizat pentru a economisi energie.

dacă începem să economisim energie, cererea va crește cu doar

16%

SFATURI pentru economisirea energiei: • • • • •

Reduceți încălzirea centrală: Reducerea temperaturii din case cu doar 1°C reduce costurile energetice cu până la 6%. Înlocuiți becurile tradiționale din case voastre cu surse de lumină LED ecologică. Acestea consumă cu 90% mai puțină energie și durează mai mulți ani! Când fierbeți apa, apreciați exact câtă apă aveți nevoie, și fierbeți doar cantitatea pe care o utilizați, astfel economisiți nu doar energie, ci și apă. Uitați de modul stand-by! Aparatele în mod stand-by consumă electricitate, deci e mai bine ca întotdeauna să scoateți aparatele electrice din priză după ce le folosiți. Modernizați izolația casei voastre! În gospodării, cea mai mare risipă de energie este cauzată de pierderea de căldură, deci este foarte important ca toate ferestrele și ușile să fie bine izolate.

Chimia celulei solare Celulele solare sunt formate din două sau mai multe straturi de material semiconductor care sunt tratate cu anumite elemente chimice pentru a forma joncţiuni “p” şi “n”. Lumina cu o anumită lungime de undă poate ioniza atomii semiconductorului, astfel fotonii incidenți generează purtători de sarcină în exces. Majoritatea purtătorilor de sarcini pozitive (goluri) pot fi găsiți în stratul “p”, în timp ce purtătorii de sarcini negative (electronii) sunt în stratul ”n”. Deși purtătorii de sarcină ale celor două straturi cu sarcini opuse se atrag reciproc, aceștia se pot recombina traversând un circuit extern, din cauza pragurilor potențiale dintre ele.

Surse viitoare de lumină Evoluțiile inovatoare influenţează şi ingineria aparatelor de iluminat. Becurile cu tungsten și halogen au fost înlocuite treptat cu cele economice cu LED și OLED. Cercetătorii studiază opțiunile de a avea lumină naturală în interior, chiar și în încăperi închise, fără a folosi becuri.

Și s-a făcut lumină Este evident că invenția lui Thomas Alva Edison din secolul al XIX-lea, becul cu incandescență, a revoluţionat complet lumea. În trecut, activitățile erau efectuate în timpul zilei, la lumina zilei: oamenii se culcau seara devreme și se trezeau în zori. În schimb, oamenii moderni folosesc lumina, în loc să se adapteze la ea, deoarece avem nevoie de lumină chiar și seara târziu. De fapt, avem nevoie de lumină și în timpul zilei, având în vedere că nu ne petrecem cea mai mare parte a zilei în exterior, ci în interior, unde, în general, nu există lumină naturală. Singura problemă este că iluminatul necesită 19% din producția totală de electricitate a Pământului. Omenirea are tot mai mare nevoie de lumină pentru dezvoltarea tehnologiei și pentru schimbările în stilul de viață. De aceea, un iluminat eficient energetic este atât de important. Reducând energia folosită pentru iluminat, totodată se poate reduce substanțial şi emisia dăunătoare de dioxid de carbon. De aceea, inginerii și cercetătorii dezvoltă soluții noi de iluminat, nemaiîntâlnite, cu ajutorul științei.

Știați că • Ora de vară și ora de iarnă au fost introduse pentru a economisi energia folosită pentru iluminat. În acest fel se economisește energie egală cu aproximativ 300,000 tone de petrol brut.

Teoria luminii Înainte de a analiza soluțiile inovatoare de iluminat oferite de știință, să luăm în considerare sursele de lumină disponibile pe Pământ:

Sursele și dispozitivele de lumină care sunt folosite pentru a produce lumină vizibilă pot fi împărțite în două grupe. 1. 2.

Sursele de lumină primară emit lumină direct. Sursele secundare de lumină doar reflectă sau dispersează lumina altor surse de lumină. Grupele mari se diferențiază mai departe după principiul de funcționare

natural: corpuri cereşti, fulgere, luminile nordice, bioluminiscență emisia de lumină a unui organism viu

2. 3.

combustie: torță, lumânare, lampă cu gaz, magmă electric: becul cu incandescență becurile cu tungsten și cu halogen electroluminiscență LED lampă cu descărcare în gaz de joasă presiune lampă fluorescentă (compactă), lampă cu inducție

lampă cu descărcare în gaz de înaltă presiune lampă cu arc în vapori de mercur, lampă cu arc în vapori de xenon

Revoluția luminii În comparație cu alte domenii ale științei, este surprinzător cât de lentă a fost evoluția luminii. A trebuit să așteptăm mai mult de 100 ani pentru a avea primul bec economic: credeți sau nu, becurile care funcționează pe baza aceluiași principiu pe care l-a inventat Edison în secolul al XIX-lea sunt folosite chiar și în prezent în multe locuri. Dar de ce a fost necesară evoluția? Becul cu incandescență nu este eficient, având în vedere că 90% din energie se pierde sub formă de căldură și doar 10% este folosit pentru a produce lumină. Este o risipă incredibilă, considerând că resursele noastre de energie sunt

limitate (pe această temă citiți mai multe în articolul nostru privind „Energia”). Risipa trebuie oprită cât mai repede posibil, de aceea Comisia Europeană a adoptat Cartea Verde și a lansat o consultare privind ingineria iluminatului ecologic și economic. Ţinta până în 2020 este reducerea consumului de energie pentru iluminat cu până la 20% în țările europene. Distribuția de becuri cu incandescență va fi eliminată treptat în cadrul Uniunii Europene în următorii ani și, drept consecință, becurile din gospodării, birouri și zone publice trebuie înlocuite cu surse de lumină economice. În ultimul deceniu, becurile economice cu halogen, în care

Becul cu incandescență nu este eficient, având în vedere că 90% din energie se pierde sub formă de căldură și doar 10% este folosită pentru a produce lumină.

este introdus halogen (iod sau brom), au început să se răspândească. Acest filament are o temperatură mai ridicată decât filamentul din tungsten, astfel becul este fabricat din sticlă dură sau cuarț. Becurile fluorescente economice devin populare. Electricitatea este circulată prin bec, care conţine vapori de mercur şi un gaz inert precum argon, care determină o reacţie ce creează lumină. Cea mai promițătoare alternativă este LED (diodă emițătoare de lumină) sau varianta sa organică, OLED (diodă organică emițătoare de lumină), care este cunoscută și ca sursă de lumină în stare solidă (SSL).

Știați că • Credeți sau nu, becurile care funcționează pe baza aceluiași principiu pe care l-a inventat Edison în secolul al XIX-lea sunt folosite chiar și în prezent în multe locuri.

LED și OLED Răspândirea LED-urilor și a tehnologiei OLED este indiscutabilă, ele având diverse avantaje în comparație cu becurile incandescente. În primul rând, sunt mult mai eficiente energetic; în al doilea rând, durata lor de viață poate fi de 40-60 ani. În cadrul LEDurilor, lumina este generată de o diodă conectată la curent electric care agită electronii atomilor din materialul diodei, determinându-i să se miște la un nivel mai mare de energie (orbită electronică); iar când aceștia revin la nivelul lor de

energie inițial, emit fotoni, de fapt, lumină. Diferența dintre LED și OLED este litera „o”, care înseamnă „organic”. În timp ce LED-urile folosesc cristale minuscule bazate, de exemplu, pe nitrit de galiu, OLED-urile sunt fabricate din compuși organici asemănători pigmenților care sunt de obicei folosiți pentru a acoperi un material de bază cu ajutorul vaporilor. Diodele organice emițătoare de lumină (OLED) creează o lume în care este posibil tapetul iluminat și transformarea

geamurilor în sursă de lumină pe timpul nopții. Experții sunt convinși că în câțiva ani aceste alternative economice promițătoare ar putea revoluționa sectorul iluminatului. Așteptările din partea OLED-urilor sunt ridicate; se preconizează că vor deveni mai eficiente decât toate sursele de lumină existente și, într-o zi, vor putea converti aproape 100% din capacitatea lor energetică în lumină.

Diferența dintre LED și OLED este litera „o”, care înseamnă „organic”

Surse de lumină inteligente Sursa de lumină inteligentă LIFX a câștigat medalia de aur la Edison Lighting Award în 2014. Este un LED economic cu culoare variabilă care are WIFI, astfel încât poate fi controlată cu un telefon mobil folosind o aplicație gratuită. Aceasta oferă o experiență incredibilă pentru utilizatori: 16 milioane de culori, fulgere și efecte programabile, iar iluminatul poate fi armonizat chiar și cu muzica favorită. Fluxul luminos de maxim 1,000 lumeni poate fi folosit până la 25 ani.

Fluxul luminos de maxim 1,000 lumeni poate fi folosit până la 25 ani.

O alta perspectiva asupra metodelor de iluminat Avantajul extraordinar al OLED-urilor poate fi aplicat în mod eficient și creativ de către dezvoltatori în aparatele electrocasnice. Imaginați-vă un televizor flexibil, rulabil! Implementarea este posibilă, dacă afișajul OLED este încorporat într-un strat subțire de plastic. Gama de posibilități este aproape inepuizabilă. Dezvoltatorii BASF au creat deja

o sursă subțire de lumină care, fiind plasată deasupra mașinilor, funcționează ca un panou solar. În alte cazuri funcționează ca o sursă de lumină și dacă este oprită devine complet transparentă. O astfel de mașină cu „plafon de sticlă” colectează electricitate în timpul zilei și iluminează interiorul vehiculului în timpul nopţii.

Cum funcționează OLED-urile?

36 pe 5 zi în tu rn an le ur id e 7 m

zi pe

or e

LED-urile pot fi folosite eficient și în alte domenii, de exemplu, în cultivarea plantelor în interior, putând imita perfect soarele. La stația experimentală a fermelor American Green Sense salata verde, varza, busuiocul și arpagicul sunt crescute în hale cu aer condiționat și lumină LED artificială. Acestea cresc 22 ore pe zi, 365 zile pe an în turnuri de 7 m, neatinse de dăunători și răsfățate într-o lumină roz ireală. Desigur, aceasta nu este lumina pe care o emite în mod normal un LED, ci este o lungime de undă a razei de care au nevoie plantele ca să crească. Această soluție este foarte bună pentru recoltele mici de plante cu frunze, dar probabil că știința va dezvolta lumină artificială și nutritivă și pentru recoltele de cereale care sunt produse în cantități mari, cum sunt porumbul și grâul.

electronii și sarcinile pozitive trec în mijlocul acestui sandwich și fuzionează, determinând moleculele încorporate să lumineze. Deoarece straturile organice sunt foarte sensibile la apă și oxigen, acestea trebuie încapsulate pentru protecție.

sa bu lata su v ioc erd ul e, cr var es za c ,

OLED-urile sunt construite ca un sandwich, cu o parte centrală formată din straturi subțiri de material organic. Aceste straturi sunt plasate între un anod încărcat pozitiv și un catod încărcat negativ. La trecerea unui curent electric prin ele,

Fapte și date În cazul becurilor electrice, lămpilor cu halogen și lămpilor economice, o mare parte a energiei este convertită în căldură în loc de lumină – suprafața unui bec electric de 100 watt, de exemplu, atinge o temperatură de peste 200°C când becul este aprins. În schimb, sursele de lumină OLED dezvoltate în Dresden rămân la 30°C, astfel încât au întotdeauna o temperatură sigură, mai mică decât temperatura corpului.

5-10

Un OLED durează de 5-10 ori mai mult decât un bec incandescent.

40,000

Numărul de ore al duratei de viață a unui LED.

10,000

Numărul de ore actual al duratei de viață a unui OLED.

Casă inteligentă, iluminată inteligent Desigur, automatizarea a afectat și ingineria iluminatului. Într-o casă inteligentă, echipată cu un sistem inteligent de control, nu putem doar să aprindem și să stingem lumina, sau să controlăm intensitatea, ci putem stabili şi opțiuni personalizate. Opțiunile favorite pot fi selectate în orice moment și toate becurile din casă pot fi acționate cu o singură atingere, în funcţie de starea noastră de spirit, momentul zilei sau

activitățile pe care le facem. Totuși, potențialul tehnologiei OLED merge mult mai departe decât simplele becuri și programe de iluminat. Lumina lor este mai plăcută, mai diafană și mai blândă decât orice altă sursă de lumina, motiv pentru care este numită „lumină stării de bine”. Secretul factorului „stării de bine” se găsește în modul în care este emisă lumina. Spre deosebire de

toate celelalte surse de lumină artificiale din trecut sau din prezent, OLED-urile nu emit lumina dintr-un punct; acestea reprezintă o sursă de lumină plată. OLED-urile permit reglarea temperaturii culorii și adaptarea luminii la momentul zilei. Deci, este posibil să avem o lumină albă caldă în timpul dimineții și serii, și o lumină albă rece în timpul zilei.

Lumina lor este mai plăcută, mai diafană și mai blândă decât orice altă sursă de lumină, motiv pentru care este numită „LUMINA stării de bine”

Problema culorii albastre Doar combinaţia corectă de lumină roșie, verde și albastră produce lumina albă a unei diode organice emițătoare de lumină (OLED). Până acum, producătorii au fost nevoiți să se descurce cu un pigment albastru care este relativ ineficient. Emițătorii fluorescenți aflați în prezent pe piață convertesc nu mai mult de un sfert din energie în lumină, restul fiind convertită în căldură. De aceea, inginerii chimiști de la BASF au început cu câțiva ani în urmă să

O altă proprietate a OLED-urilor este să inspire proiectanții sistemelor de iluminat. Ele sunt realizate din materiale organice în straturi subțiri și în viitor există posibilitatea de a le poziționa ca un al doilea strat peste tapet, tavane sau ferestre. În acest fel, un plafon ar putea crea iluzia perfectă a unui cer de vară sau un perete ar putea deveni o pajiște de primăvară virtuală. Când

sunt oprite, OLED-urile sunt de culoare albă, reflectorizante sau transparente astfel încât acestea ar putea fi folosite la crearea de ferestre care permit pătrunderea luminii soarelui în timpul zilei, apoi se transformă în lămpi plate la întuneric. Diodele cu consum redus de energie pot inspira nu numai un designer, dar ele pot fi, de asemenea, utilizate în modă, în proiectarea de

caute o soluție pentru „problema albastră”. Au descoperit molecule care luminează albastru și pot converti energia în lumină aproape în totalitate. Aceste molecule aparțin emițătorilor fosforescenți foarte eficienți folosiți în OLED. Există un singur impediment: durata lor de viață este de doar câteva minute. Până în 2016, tehnologia albastră dezvoltată de BASF ar trebui să aibă profunzimea de culoare necesară pentru industria afișajelor.

mobilier și bijuterii sau în artă. De asemenea, lumina naturală a “stării de bine” ar putea fi utilizată în viitor în spitale și în timpul intervențiilor chirurgicale. Totodată, au venit solicitări din partea muzeelor interesate de o sursă de lumină blândă, fără raze UV și emisii de căldură puternică. Japonia este deja cu un pas înainte; primele săli de expoziție de aici au fost deja echipate cu OLED-uri.

Creșterea plantelor – plantele producătoare de lumină folosite ca lămpi Poate părea incredibil, dar este posibil ca în viitor să nu mai avem nevoie de becuri pentru iluminat public. În schimb, lumina poate fi asigurată de plantele care cresc pe marginea drumului. O echipă de cercetători din San Francisco lucrează la producerea unor plante care strălucesc folosind biologia sintetică. Conform planurilor, segmente de ADN sintetic bazate pe ADN-ul licuricilor și a bacteriilor marine luminoase vor fi implantate în plante.

Laserul ca sursă de lumină Pentru majoritatea dintre noi, laserul este un amestec colorat de lumini intermitente, dar nu e la fel pentru toată lumea. Steven DenBaars, un cercetător la UC Santa Barbara, consideră că lumina laser ar putea înlocui perfect becurile tradiționale, de exemplu, întregul plafon al unei camere se poate aprinde de parcă ar fi un imens luminator. Sau, imaginați-vă sălile de evenimente ale hotelurilor în care zeci sau sute de becuri sunt înlocuite de doar câteva surse de lumină ultra-luminoase.

bec incandescent, care creează lumină prin încălzirea unui filament până este alb-cald, și un laser, care generează lumină printr-un proces de amplificare optică bazat pe emisia stimulată de radiaţii electromagnetice şi creează lumină într-o singură lungime de undă și emite un fascicul focalizat într-un punct minuscul. Punctul comun este tehnologia LED - se dovedește că tipul de laser la care lucrează DenBaars se bazează pe diodele emițătoare de lumină existente, numite “diode laser.”

La prima vedere, pare să nu fie nimic în comun între strălucirea caldă a unui

Este foarte similar cu o lumină LED. Folosește aceleași materiale, dar două

oglinzi sunt poziționate de fiecare parte a LED-ului și acesta se transformă în laser. Odată obținută această reflexie înainte și înapoi, obținem un efect de amplificare și trecem de la emisia obișnuită la emisia stimulată – este ca o avalanșă. Cele mai bune diode laser sunt la fel de eficiente în transformarea energiei electrice în lumină ca un LED cumpărat de la magazin, dar cu o diferență majoră: puteți pompa de 2,000 de ori mai multă electricitate într-o diodă laser. În teorie, aceasta înseamnă că o diodă laser poate produce de 2,000 de ori mai multă lumină pe centimetru pătrat.

Lumina naturală contează! Cea mai economică sursă de lumină este în mod clar Soarele, de care arhitectura modernă încearcă să profite prin utilizarea de atriumuri și acoperișuri de sticlă. O soluție foarte simplă, care devine tot mai comună, este introducerea luminii directe a soarelui în apartamente. Nu este un lucru nou, și această soluție creativă este adesea folosită în zonele subdezvoltate din punct de vedere tehnic: o sticla PET folosită este umplută cu apă și se adaugă o cantitate mică de

înălbitor pentru a steriliza lichidul și a-l păstra clar. Flaconul este apoi introdus vertical într-o gaură din acoperiș, fixat să nu cadă și izolat cu puțin cauciuc. Becul improvizat este gata. Când soarele strălucește şi ajunge pe sticlă, apa din interior va reflecta lumina și va lumina interiorul casei fără utilizarea energiei electrice. O abordare mai modernă este situația în care lumina soarelui este introdusă

în cameră printr-un tub solar, care acționează ca o prismă activă. Este construit direct în structura acoperișului. În exterior, există un colector de lumină, de unde lumina călătorește spre cealaltă parte a tubului, care este montată în interior, cu oglinzi. Cele mai avansate structuri pot transmite lumina chiar și la distanță de 6 metri, fără pierderi. Astfel, o cameră fără ferestre de până la 7 metri pătrați poate fi ușor iluminată cu lumina soarelui.

LED câștigător al premiului Nobel În 2014, Premiul Nobel pentru Fizică a fost câștigat de doi cercetători japonezi și un cercetător american – Isamu Akasaki, Hiroshi Amano și Shuji Nakamura – „pentru inventarea diodelor emițătoare de lumină albastră eficiente, care au facilitat crearea de surse de lumină albă economică”. Cercetătorii premiați au facut epocala descoperire la începutul anilor 1990. Primele diode emițătoare de lumină, adică LED-uri, au fost fabricate în anii 1960. Acestea puteau produce doar lumină infraroșie: și în prezent le putem întâlni

la telecomenzi. Cercetătorii au dezvoltat LED-uri tot mai luminoase și apoi pe scara lungimii de undă au apărut LED-uri roșii, apoi verzi. Dar lumina albastră a rezistat și nu s-a putut produce dioda emițătoare de lumină albastră, astfel că fără componenta albastră nu era posibilă nici producerea luminii albe. LED-urile albastre pe bază de nitrit de galiu dezvoltate acum douăzeci de ani au fost primele care aveau capacitatea de a produce o luminozitate puternică, astfel că, în sfârșit, s-a deschis calea pentru producția combinată (roșu + verde + albastru) de LED-uri cu lumină albă. 55

Noi perspective în transport Transportul a devenit o parte importantă a vieții noastre de zi cu zi – totuși, consumă o cantitate imensă de energie și generează emisii masive de substanțe poluante; gazele de eșapament a milioane de mașini poluează aerul în fiecare zi. Evident, dezvoltarea sustenabilă trebuie să cuprindă revoluția transportului în care știința poate veni în ajutorul nostru.

Însoțitorii noștri de fiecare zi: mașinile Mașinile au devenit parte din viața noastră de zi cu zi abia în ultimii o sută ani - dar într-o măsură atât de mare, încât nu ne putem imagina ce am face dacă nu ar fi la dispoziția noastră. Cu toate acestea, numărul tot mai mare de autovehicule contribuie în mare măsură la epuizarea rezervelor de petrol și cărbune, adică sursele de energie fosilă ale planetei, având în vedere că majoritatea mașinilor noastre funcționează cu benzină sau motorină, ambele produse din petrol. În plus, gazele de

eșapament conțin gaze poluante, precum dioxid de carbon, monoxid de carbon, oxizi de azot și hidrocarburi. Conform estimărilor, până în 2021 vor exista în jur de 1,2 miliarde de autoturisme pe șosele la nivel mondial, cu o creștere de aproape 300 de milioane comparativ cu prezentul. În prezent, transportul este responsabil pentru 50% din poluarea totală a aerului, ceea ce face ca reducerea drastică a acesteia să constituie una dintre cele mai mari provocări.

Fapte și date În fiecare zi, 95.000 de vehicule noi ajung pe șoselele din întreaga lume. Până în 2021, vor exista aproximativ 1,2 miliarde mașini pe șoselele din întreaga lume. Autovehiculele sunt responsabile pentru 40% din poluarea aerului în Europa. Peste 80% din distanțele parcurse de mașini în Europa sunt mai mici de 20 kilometri.

Bicicleta și renașterea acesteia Mulți trec de la patru la două roți - unii pentru a proteja mediul, alții din motive practice, pentru a se deplasa de acasă la școală sau la locul de muncă cu bicicleta. Ca un fapt interesant, într-un an se produc de două ori mai multe biciclete decât mașini, iar în ultimul deceniu, au fost vândute mult mai multe biciclete decât înainte. Există națiuni care au o preferință pentru biciclete ca o tradiție, cum ar fi olandezii: în Olanda numărul de biciclete depășește numărul populației. Situația este similară în China și țările Asiei de Sud-Est, deși biciclete electrice sunt, de asemenea, utilizate în mod obișnuit acolo, din cauza distanțelor mai mari. Popularitatea în creștere a ciclismului este indicată de numărul tot mai mare de materiale unice și modele moderne folosite pentru fabricarea de biciclete mai confortabile, sigure și unice. Una din inovațiile recente este lansarea de cadre de biciclete din lemn sau bambus, care sunt foarte flexibile și rezistente. BASF, companie implicată în dezvoltarea de materiale inovatoare, a creat propria bicicletă-concept, care combină memoria trecutului cu promisiunea viitorului. Bicicleta „Concept 1865” are aspectul bicicletelor produse acum 150 ani, dar conține 24 de materiale plastice de înaltă performanță, spume speciale și rășini epoxidice și poliuretani care fac această bicicletă unică nu numai ca și aspect exterior, dar și din perspectiva experienței utilizatorului.

Mașinile electrice – vehiculele viitorului? Producătorii și furnizorii de automobile încearcă să găsească soluții pentru a reduce consumul general de combustibil și emisiile, în ciuda creșterii rapide a utilizării vehiculelor. Prima soluție oferită de dezvoltatori a fost producerea vehiculelor electrice, care sunt propulsate de un motor electric alimentat de o baterie reîncărcabilă. Vehiculele electrice au fost primele care au apărut în număr mare pe drumurile publice, combinând motorul cu combustie internă cu motorul electric, pentru a reduce consumul de combustibil și emisiile. Avantajul lor este că utilizează eficient propulsia electrică în transportul urban, unde distanțele sunt scurte, și trec la motorul tradițional pe distanțe lungi și viteze mai mari.

care sunt mult mai puternice decât predecesoarele lor. Aceastea pot dura aproximativ 150-200 km cu o singură încărcare, ceea ce este mai mult decât suficient pentru distanțele medii dintre orașe - și mașina poate fi conectată la un încărcător în timpul nopții, la fel ca telefoanele mobile. Totuși, visul cercetătorilor este să găsească o soluție prin care o încărcare să fie suficientă pentru distanțe mai lungi. Inginerii companiei chimice BASF lucrează la următoarea generație de baterii. Combinația dintre litiu și sulf sau aer ar putea oferi bateriilor o densitate mai mare de energie, ceea ce înseamnă că o mașină ar putea să călătorească aproape 400 km cu o singură încărcare.

Componenta cheie a unei mașini electrice este bateria, care stochează energia. Adevăratul progres a fost obținut odată cu introducerea bateriilor cu litiu,

O altă soluție pentru a îmbunătăți eficiența încărcării ar putea fi noul tip de vehicule electrice hibride alimentate la priză (plug-in hybrid electric vehicles -

Știați că • Nu este adevărat că mașinile electrice sunt lente. Una dintre cele mai rapide mașini electrice din lume este Rimac Concept One, produsă de tânărul inventator croat Mate Rimac, care se poate deplasa cu o viteză de 300 km/oră, cu un motor de 1088 CP.

PHEV). Aceste mașini au o baterie mai puternică și pot fi reîncărcate cu un cablu electric. De asemenea, PHEV-urile au şi un motor cu combustie, care poate ajuta atât la încărcarea bateriei electrice, cât și ca extindere a aplicabilității, dar utilizarea acestuia este minimizată în mare măsură de capacitatea sporită a bateriei. De asemenea, panourile caroseriei cu stocare de energie ar putea fi o inovație promițătoare. Unele companii europene cercetează și testează în prezent panouri de caroserie care pot stoca energia și se pot încărca mai rapid decât bateriile convenționale din prezent. Panourile de caroserie în curs de testare sunt compuse din fibre de polimer și rășină de carbon şi sunt suficient de rezistente pentru a fi folosite la vehicule și suficient de pliabile pentru a fi modelate sub formă de panouri.

Fapte și date 500,000 – numărul de mașini electrice la nivel mondial +100% creșterea preconizată a numărului de mașini electrice până în 2022 2040 – fiecare a doua mașină va fi o mașină hibridă. 58

O centrală energetică cu hidrogen în mașină O oportunitate promițătoare pentru crearea mașinilor ecologice și cu zero emisii poluante este pila de combustie care generează energie electrică la bordul mașinii printr-o reacție chimică între hidrogen și oxigen. Energia chimică rezultată din reacția celor două materiale se transformă în electricitate, căldură și apă, iar țeava de eșapament emite doar abur. Mașinile echipate cu pile de combustie au o autonomie de conducere comparabilă cu vehiculele cu motoare cu combustibil de astăzi. Oferă aceeași

performanță și autonomie ca și vehiculele tradiționale – deși dezvoltatorii trebuie încă să depășească o serie de provocări. Trebuie să găsească un loc pentru poziționarea în mașină a unui rezervor mare de hidrogen și să reducă greutatea pilei de combustie. Nu în cele din urmă, trebuie construit un lanț de stații pentru alimentarea cu hidrogen, unde mașinile cu pile de combustie se pot alimenta cu hidrogen, în loc de benzină.

Aeronava PROPULSATĂ cu hidrogen – de asemenea, o realitate Cu câțiva ani în urmă, Centrul German Aerospaţial (DLR) și Lange Aviation au construit prima aeronavă propulsată cu hidrogen, Antares DLR-H2. Planorul cu motor mic nu emite zgomot aproape deloc și nu emite fum, doar abur. Esența sistemului de pile de combustie, instalat sub aripi, este un ansamblu membrană-electrod dezvoltat de BASF, a cărui inovaţie revoluționară este că permite o temperatură de operare de 180°C, facând inutile o serie de componente costisitoare, inclusiv sistemul de răcire. German Aerospace Centre plănuiește să instaleze această pilă de combustie inovatoare la aeronava de pasageri Airbus A320 pentru a îmbunătăți eficiența alimentării cu energie la bordul acestei aeronave de dimensiuni mari.

Chimia își croiește drum în mașini Fără îndoială, una dintre cerințele esențiale pentru mașinile viitorului este o selecție atentă a materialelor: dezvoltatorii trebuie să se asigure că panourile caroseriei sunt sigure, confortabile, și cât mai ușoare posibil. Această ultimă provocare este una cu care se confruntă și inginerii proiectanți din Formula 1: aceștia doresc să reducă greutatea mașinilor din cauza vitezelor mari, în timp ce în transportul de zi cu zi avantajul unei greutăți de “categoria pană” este că mașina va avea un consum mai mic. Materialele plastice inovatoare, dezvoltate de industria chimică, sunt folosite tot mai des pentru a atinge greutăți mai mici.

Fapte și date Mașinile moderne conțin deja plastic în proporție de aproximativ 15% În câțiva ani, această proporție ar putea urca până la 25%. 60

Suntem deja obișnuiți să găsim plastic în interiorul mașinilor, dar un număr tot mai mare de alte părți, inclusiv carcasele și părți ale blocului motor, sunt realizate din materiale plastice tehnice. Divizia auto a BASF a dezvoltat o serie de materiale plastice cu caracteristici speciale, care sunt extrem de rezistente la căldură, cum ar fi părțile fixe ale sistemului de circulație a uleiului, sau care sunt foarte flexibile și, prin urmare, pot fi folosite ca piese mecanice ale motorului. O altă inovație revoluționară a companiei germane din industria chimică este janta din material plastic de înaltă performanță, care permite o reducere semnificativă, de trei kilograme, a greutății fiecărei roți.

Spre deosebire de materialele tradiționale compozite pe bază de poliamidă, acest nou material plastic conține o armătura din fibre lungi de sticlă care conferă o toleranță majoră la deformare. Roți din material plastic au fost pregătite pentru mașina electrică smart forvision, dezvoltată împreună cu Daimler. Această mașină mică pe patru roți are uși și alte elemente de șasiu confecționate dintr-un material compozit de înaltă performanță, o rășină epoxidică cu armătură din fibră de carbon, datorită căruia mașina cântărește jumătate din greutatea unei mașini fabricate din materiale tradiționale. Această mașină este dotată cu cele mai recente inovații din industria auto, și anume:

Folie care reflectă razele infraroşii O nouă folie reflectorizantă cu infraroșu este aplicată pe parbriz și geamurile laterale pentru a preveni încălzirea mașinii în interior.

Cadru compozit de înaltă performanță Scaunele și alte componente, precum ușile, sunt fabricate din rășină epoxidică cu armătură din fibră de carbon – un material compozit de înaltă performanță. Astfel de materiale permit o reducere a greutății de peste 50% în comparație cu oțelul.

Spume izolatoare de înaltă performanță Spumele de înaltă performanță de la BASF sunt montate în panourile caroseriei. Ele ajută la crearea unui climat plăcut în interiorul mașinii.

Plafon solar transparent Chiar și în condiții slabe de iluminat, celulele fotovoltaice organice (OFV) hexagonale, transparente, generează suficientă energie pentru a alimenta dispozitivele multimedia și ventilatoarele care ajută la gestionarea climatului. OLED-urile transparente (diode organice emițătoare de lumină) iluminează interiorul când ușa este deschisă sau la apăsarea unui buton. Când sunt oprite, permit o vedere clară în exterior.

Vopsele care reflectă razele infraroşii Vopselele care reflectă razele infraroşii și care sunt rezistente la zgâriere ajută sistemul de gestionare a temperaturii. Datorită pigmenților speciali BASF, componentele închise la culoare din interior sunt protejate împotriva încălzirii.

Jante în totalitate din plastic Prima jantă din lume în totalitate din plastic, fabricată dintr-un material de înaltă performanță, a redus greutatea fiecărei roți cu trei kg. Noul material plastic are proprietăți îmbunătățite: stabilitate termică și chimică excelente, rezistență la vibrații, rezistenţă la şoc și bune caracteristici de operare continuă. 63

E-textile E-textilele sunt materiale subțiri cu straturi conductoare adaptate. Aceastea înlocuiesc sistemul convențional de încălzire. Cu încălzirea directă aproape de corp, în spătarele scaunelor, acestea conferă un sentiment plăcut de căldură.

Scaune confortabile multifuncționale Scaunele oferă o combinație unică între gestionarea temperaturii și un design ușor. Un nou cadru de susținere din plastic formează baza scaunului. Spuma scaunului oferă atât confort, cât și o greutate redusă. Materialul textil conține super absorbanți care sporesc confortul și mai mult, prin absorbția umidității.

Ceva nou pentru înlocuirea benzinei Oamenii de știință lucrează de mult timp la crearea unei mașini care funcționează cu alt fel de combustibil, decât cu benzină sau motorină. Până în prezent, bioetanolul și biomotorina sunt cei mai obișnuiți combustibili alternativi. Aceştia sunt fabricați din plante produse special în acest scop, şi nu din surse de energie fosilă provenite din adâncurile Pământului. Pentru producerea bioetanolului, sunt folosite așa-numitele culturi energetice, cum este sfecla roșie sau porumbul, în timp ce biomotorina este produsă din plante cu un conținut mare de ulei, în majoritatea cazurilor din rapiță sau floarea soarelui. Totuși, acești combustibili au nevoie de cantități imense de plante pentru a fi fabricați:

pentru a produce 100 litri de bioetanol este nevoie de o cantitate mai mare decât ar putea mânca un om într-un an. Din acest motiv, biocombustibilii nu pot fi considerați cu adevărat ecologici – deși o mașină emite mai puține substanțe poluante cu combustibili vegetali. Cel mai promițător combustibil nu este altul decât aerul. Peugeot și Citroën au dezvoltat împreună o mașină hibrid care este propulsată de un sistem hidraulic cu aer comprimat. De asemenea, mașina are un motor pe benzină care intră în funcțiune la sarcini mari – cum este mersul în pantă sau la viteze mari. Mașina denumită Hybrid Air va fi comercializată începând cu anul 2016.

Noi perspective pentru transportul viitorului Dezvoltatorii orașelor viitorului consideră că atitudinea noastă față de mașinile pentru pasageri se va schimba inevitabil. Oamenii vor renunța la modul de abordare a mașinii ca o proprietate personală și folosirea în comun a mașinilor va deveni un lucru obișnuit. Promotorii acestei abordări sunt rețelele pentru preluarea pasagerilor cu aceeași destinație. Una dintre cele mai populare comunități de acest fel este Uber, care este disponibilă acum în câteva țări central europene. În esență, este o aplicație mobilă care afișează șoferii disponibili din rețeaua Uber aflați în vecinătate, pe care îi chemăm la fel ca pe un taxi – dar la un tarif mai mic și uneori împărțind mașina cu alți pasageri. Noile obiceiuri de utilizare a mașinilor necesită noi tipuri de mașini: mașina viitorului va fi mult mai ușoară decât modelele anterioare, va avea nevoie de

mai puțină energie și va avea un impact mai mic asupra mediului. Cu siguranță, deplasarea în interiorul metropolelor se va face cu ajutorul unor mașini fără șofer, pe rute predefinite, controlate prin GPS. Aceste vehicule PRT (personal rapid transit - tranzit personal rapid) automate se vor deplasa pe șine sau rute magnetice și vor avea maxim 3-6 pasageri, care pot selecta destinația de-a lungul unei rute predefinite. Deși poate părea futurist, mai mult de zece astfel de sisteme PRT sunt deja operaționale în întreaga lume. Cel mai vechi și cel mai extins sistem PRT este în Universitatea West Virginia, și transportă deopotrivă studenți și vizitatori către un număr de destinații populare în tot orașul. În plus, astfel de vehicule automate mici sunt folosite pe aeroportul Heathrow din Londra și Masdar City, eco-orașul aflat momentan în construcție în Emiratele Arabe Unite. Mașinile normale de pasageri fără un conducător auto nu mai sunt clișee SF: aflate în funcțiune de ani de zile, mașinile automate Toyota Prius ale Google nu numai că înregistrează imagini ale șoselelor, dar hărțile lor computerizate vizualizează semnele de circulație, găsesc rute alternative și văd semafoarele chiar înainte ca acestea să fie vizibile pentru o persoană. Prin

utilizarea de lasere, radare și camere, mașinile pot analiza și procesa informații cu privire la mediul înconjurător mai repede decât poate un om. Inginerii Google au testat deja mașina lor fără conducător auto pe mai mult de 300,000 de kilometri de autostrăzi și drumuri publice. Transportul public nu face excepție de la implementarea inovațiilor. În acest domeniu, trenurile magnetice, numite și maglev, sunt cele mai promițătoare. Aceste vehicule sunt ecologice în totalitate, fiind menținute pe șine și propulsate de câmpuri magnetice. Folosind această tehnologie, trenurile pot călători cu o viteză de peste 400 km/ oră, în siguranță și aproape fără zgomot. În prezent, trenurile maglev sunt folosite în Germania, Japonia și China, cel mai rapid dintre ele acoperind o distanță de 30 km în 7 minute. Cu un tren tradițional, durata putea fi și de trei ori mai mare. De asemenea, autobuzele electrice devin tot mai comune și dezvoltatorii depun eforturi permanente de a le îmbunătăți caracteristicile. În Olanda, de exemplu, se desfășoară experimente pentru un super-autobuz, propulsat de o baterie litiu-polimer, care seamănă în mare măsură cu o mașină sport uriașă și poate transporta 23 pasageri la o viteză de 250 km/h.

Fapte și date 90% dintre locuitorii marilor orașe folosesc transportul public în mod regulat

Mașina zburătoare Prima mașină zburătoare a trecut de prima încercare de zbor și, în curând, va intra în producție de serie. Terrafugia Transition are nevoie de 30 secunde pentru a se transforma dintr-o mașină normală într-o aeronavă ușoară cu două locuri. Cu rezervorul plin, vehiculul poate parcurge o distanță în zbor de 644km și are o viteză de zbor de 185 km/h.

Acum putem avea și cerul Traficul aerian în continuă creștere constituie, de asemenea, o provocare pentru oamenii de știință: cum se poate face ca operarea aeronavelor să fie mai puțin poluantă. În fiecare zi aproximativ 90 de mii de zboruri transportă călători în întreaga lume, eliberând cantități mari de dioxid de carbon cu efect de seră și consumând o cantitate mare de combustibil, kerosen, care este produs din ulei mineral. Aceste aeronave ard aprox. 30 de mii de litri de carburant în timpul unui zbor de două ore. Această cantitate de combustibil ar fi suficientă pentru a umple rezervorul unui autoturism mediu de șase sute de ori. Înlocuirea kerosenului cu un combustibil alternativ ar fi un pas important în direcția realizării unui trafic aerian sustenabil. Biocombustibilii pentru aeronave sunt produși în mai multe locații: în Olanda, de exemplu, se intenționează dublarea capacității Bio-Portului Rotterdam până în anul 2020, cu obiectivul de a reduce emisiile de CO2 ale aeronavelor cu 80% prin utilizarea de combustibil sustenabil. Un alt proiect în curs de desfășurare este numit “GreenSky London”, al cărui scop este de a utiliza aproximativ 500.000 de tone de deșeuri pe an pentru a produce 50.000 de tone de combustibil pentru aeronave și aceeași cantitate de biomotorină. Traficul aerian nu a putut evita utilizarea energiilor regenerabile, dintre care cea mai evidentă este utilizarea energiei solare. Alimentarea cu panouri solare este deja realitate pentru aeronavele de mici dimensiuni. Primul astfel de vehicul din lume, Solar Impulse, dispune de 17.200 de panouri solare pe aripile sale pentru a colecta energie și a o transfera la motor. Acest aparat de zbor a zburat deja peste oceane și va zbura în jurul Pământului în 2015. Propulsarea aeronavelor mari de pasageri cu ajutorul panourilor solare este încă un vis. Destul de recent, cercetătorii vor dezvolta o soluție hibrid ce va putea menține în aer o aeronavă mai mare utilizând diferite tipuri de energii regenerabile și ecologice.

Știința în compartimentul motorului Pila galvanică, bateria, pila de combustie – toate sunt asemănătoare din punct de vedere funcţional, și anume toate includ transfer de electroni, adică reacții redox (oxido-reducere). Esența producției de energie este faptul că preluarea și eliberarea electronilor sunt separate în spațiu, astfel că electronii trebuie să se deplaseze de la anod (oxidare) la catod (reducere). Dacă pila galvanică rămâne fără un reactant, nu mai are capacitatea de a produce electricitate, ceea ce înseamnă că generarea de energie este un proces

cu un singur sens. În cazul bateriilor, energia este produsă printr-un proces similar, dar procesul este reversibil electric, adică bateriile pot fi încărcate. De exemplu, în bateriile cu litiu, ionii de litiu migrează (Li+) către electrodul negativ pe bază de carbon, în timp ce se încarcă și trec spre electrodul pozitiv pe bază de oxid de metal, în timp ce se descarcă. În cele mai recente baterii litiu-polimer, electrodul lichid este înlocuit de un material plastic special, ceea ce permite fabricarea de surse de energie foarte mici și flexibile.

Cel mai mare avantaj al pilelor de combustie este faptul că acționează atât timp cât acestea sunt reumplute. Acest tip de combustibil este în mare parte hidrogen, dar există variante care funcționează cu metan și metanol. Procesul chimic este practic arderea combustibilului, dar nu în modul convențional: reactanții nu sunt în contact unul cu celălalt, transferul de electroni are loc printr-o membrană. Din hidrogen se formează apă în timpul reacției, în timp ce din compușii de carbon se formează dioxid de carbon.

Totodată, știința este responsabilă pentru producerea cantității și calității corespunzătoare a alimentelor pentru populația în creștere a planetei și toate acestea ar trebui realizate cu cel mai mic impact posibil asupra mediului, de-a lungul întregului lanț de aprovizionare. Citiți despre soluțiile științifice inovatoare folosite în producția de culturi, următoarea generație de ambalaje alimentare și aruncați o privire în culisele bucătăriei viitorului.

LANȚUL ALIMENTAR SUSTENABIL

Cum să hrănim generațiile viitoare? Probabil că știința nu s-a confruntat niciodată cu o sarcină atât de dificilă ca în prezent. Trebuie să pună bazele dezvoltării populației Pământului, care crește repede și inegal. Una dintre provocările cheie este furnizarea de hrană suficientă pentru omenire, în moduri cât mai sustenabile.

Foametea și supraconsumul Cererea pentru alimente crește semnificativ de la an la an. Cererea pentru proteine animale crește cu 2 milioane de tone pe an, în timp ce nevoia de cereale a omenirii crește cu 25 milioane tone de grâne pe an. Principalul motiv este creșterea populației: în fiecare an alte 80 milioane de guri trebuie hrănite. Faptul că supraconsumul este semnificativ în țările dezvoltate și o mulțime de oameni cumpără cantități inutile de alimente care ajung la gunoi, contribuie, de asemenea, la cerința tot mai

mare de hrană. Pe de altă parte, în țările în curs de dezvoltare există foamete, producția agricolă nu ține pasul cu creșterea populației, astfel că penuria de alimente este permanentă. Și nu trebuie să uităm nici de oamenii care suferă nu din cauza cantității, ci din cauza calității alimentelor, ceea ce înseamnă că sunt subnutriți din cauza lipsei de proteine, vitamine și micronutrienți.

Fapte și date Consumul anual al omenirii: 7 miliarde tone de grâne – care au nevoie de 746 milioane hectare de pământ arabil 210 milioane tone zahăr 259 milioane tone de grăsimi

Planeta Mamă ne oferă alimente și viață Într-un fel, Pământul este în legătură cu hrana noastră: legumele, fructele și chiar carnea, deoarece animalele consumă furaje produse pe pământ. Dar există din ce în ce mai puține terenuri arabile, din cauza extinderii orașelor și totodată aglomerării lor, precum și din cauză că rețele de șosele în extindere rapidă au nevoie de tot mai mult spațiu. Terenurile arabile se confruntă cu o altă problemă serioasă, eroziunea solului, ceea ce înseamnă că nutrienții din sol sunt

în cantitate mică. Prin cultivarea plantelor, solul pierde azot, fosfor și potasiu. Cu secole în urmă, oamenii pur și simplu lăsau terenul liber și nu se mai planta nimic pe terenurile proaspăt recoltate. În prezent, un producător nu își permite acest lucru, deoarece producția trebuie să țină pasul cu cerințele în creștere. Astfel, pe lângă îngrășămintele organice tradiționale, îngrășămintele chimice, care sunt foarte bune pentru compensarea pierderii de nutrienți din sol, au un rol important în fertilizare.

Protecție inovatoare a solului împotriva încălzirii globale 78% din atmosfera Pământului este formată din azot, care nu poate fi folosit direct de către plantele mai înalte. De exemplu, acestea folosesc nitrații din sol. Dar aceștia pot avea efecte nocive dacă solul conține un volum mai mare de nitrati, care depășește capacitatea de asimilare a plantelor. În acest caz, bacteriile din sol transformă nitrații în gaze cu efect de seră, numite protoxid de azot (N2O), care au un efect de trei sute de ori mai puternic decât dioxidul de

carbon. Inginerii cercetători de la BASF și-au îndreptat recent atenția asupra acestei probleme și au dezvoltat un inhibitor de nitrificare, care, amestecat cu îngrășământul, optimizează procesul de nitrificare astfel încât concentrația de nitrați din sol să nu depășească nevoile plantelor. Astfel, utilizarea îngrășămintelor este mai eficientă și se reduce semnificativ producerea de gaze cu efect de seră.

Fapte și date 80% din soluri sunt deteriorate la nivel global Degradarea solurilor este de 17 ori mai rapidă decât restaurarea lor 75 miliarde tone de soluri fertile dispar anual de pe Pământ. 72

Provocare globală: a face agricultura mai sustenabilă Agricultura sustenabilă presupune gestionarea zonelor de terenuri disponibile utilizând cea mai mică cantitate de apă și energie în timp ce producția de deșeuri este redusă la minim, iar hrana pentru societate este produsă în cantitate suficientă. Industria agricolă a dezvoltat deja o serie de idei care pot face producția agricolă mai sustenabilă. Dintre inițiativele majore menţionăm:

Grădina verticală

i ag r tu

ricole c irc

În zonele uscate, cu precipitații reduse, culturile sunt adesea cultivate pe parcele circulare. Această metodă se numește irigare de tip pivot central. Avantajul său este că folosește mai puțină apă decât tehnicile de irigare convenționale.

Inginerii agronomi și dezvoltatorii orașelor viitorului au constatat că aprovizionarea cu alimente a cetățenilor ar fi mai economică, dacă unele recolte ar fi cultivate în orașe, pentru că în acest fel fructele și legumele nu ar trebui să fie livrate de la distanță mare în orașe. Din moment ce orașele sunt aglomerate, plantele pot fi cultivate doar pe verticală, astfel ele sunt cultivate în blocuri-turn transformate în seră, pentru acest scop. În afară de aceasta, tot mai multe grădini ornamentale pot fi văzute pe zidurile caselor. Pe lângă funcția lor estetică, acestea joacă şi un rol în curățarea aerului din oraș.

e ar ul

Păm ân

Aquaponics Aquaponics - sistemul de producție de alimente ce combină creșterea intensivă a peștilor în bazine (acvacultură) cu cultivarea recoltelor în apă (hidroponics) - joacă un rol important în revoluția agricolă. Un dispozitiv de circulație a apei operează un sistem închis care pompează apă în bazinele pentru pești (apă ce conține excreții organice ale animalelor) către rădăcinile plantelor, care preiau nutrienții din această apă. Recoltele sunt cultivate în tăvi umplute cu pietriș sau bile de lut printre care apa curge uşor, iar apa curată se întoarce în bazinele cu pești, de unde reîncepe procesul. Cel mai mare avantaj al aquaponics este că sistemul este aproape în întregime autoreglat; eficienţa poate fi îmbunătăţită prin adăugarea de bacterii şi completarea apei evaporate.

Sera subterană În regiunile mai reci, serele sunt deseori construite în pământ. Aceste sere combină beneficiile încălzirii solare pasive și a construcțiilor Earthship: capacitatea de izolare a pământului este foarte bună, astfel că aceste case păstrează căldura solară care intră în casă prin ferestre. În acest fel, se creează un mediu cald, luminos și stabil pentru creșterea plantelor, care este disponibil pe tot parcursul anului.

Știați că • În ultimii ani, au fost create grădini publice pe clădirile rezidențiale din mai multe orașe mari din Europa, unde rezidenții cultivă legume, ierburi aromate și fructe pentru consumul propriu. De asemenea, există locuri unde este permisă creșterea păsărilor și a albinelor.

Cum poate ajuta biotehnologia? Inginerii pentru dezvoltare, care efectuează studii pentru a menține producții ridicate cu un consum redus de apă sau în condiții meteo extreme, sunt implicați activ în lupta pentru sustenabilitate. Divizia pentru Protecția Plantelor de la BASF se află în avangarda acestei activități de cercetare. Ei au dezvoltat plante rezistente la stres, care, de exemplu, sunt mai rezistente la secetă. Cercetătorii au examinat cactușii și mușchii care trăiesc în regiuni calde și aride și au identificat peste 100 de gene responsabile pentru toleranța extinsă a plantelor la stres. Studiile arată că plantele cu astfel de gene pot supraviețui fără apă timp de două săptămâni, în timp ce „plantele normale” se usucă. Recent, dezvoltatorii au dezvoltat plante-hibrid, care ne-ar putea ajuta să

obținem această toleranță la secetă în culturile agricole. În plus, inginerii BASF au dezvoltat produse care ajută plantele să fie mai rezistente la boli și efectele mediului, astfel că se poate obține un randament mai bun. Totodată, știința poate contribui la obținerea unei valori nutritive ridicate a alimentelor, ceea ce este foarte importat pentru țările în curs de dezvoltare, unde subnutriția este foarte frecventă. Grupul de cercetare în nutriție al BASF produce mai multe ingrediente care pot fi folosite pentru fortificarea alimentelor. Aceste ingrediente funcționale includ vitamine și carotenoide, precum și acizi grași Omega 3. Aceste ingrediente pot fi folosite fie sub formă lichidă, fie solidă în alimente cum sunt cerealele, produse lactate

precum iaurturile de băut, produse nutritive pentru bebeluși și copii. Compania germană este atât de dedicată sustenabilității, încât a creat o metodă pentru evaluarea holistică a sustenabilității în agricultură, numită AgBalance™. Aceasta evaluează 69 de indicatori din trei dimensiuni – mediu, societate și economie. De exemplu, AgBalance ia în considerare echilibrul nutritiv al solului, biodiversitatea speciilor care trăiesc în zona respectivă, plus reziduurile din alimente și furaje, ca și costurile fixe și variabile. Primul studiu AgBalance a analizat producția de rapiță în Germania între 1998 și 2008; rezultatele arată că performanța generală pentru sustenabilitate s-a îmbunătățit cu 40%.

Drone și nano-nori deasupra câmpurilor Agricultura de precizie este un obiectiv urmărit de mult timp. Aceasta înseamnă că fertilizarea, stropirea, irigarea și recoltarea se pot face cât mai precis posibil. Astfel, cantitatea de pesticide, precum și combustibilul folosit de combinele agricole pot fi reduse; în plus, combinele vor polua mediul mai puțin, în cazul în care urmează rute exacte. De aceea utilizarea GPSului în managementul vehiculelor agricole este atât de răspândită, dată fiind uşurinţa şi precizia cu care parcelele pot fi explorate cu ajutorul lor. Acest domeniu oferă multe oportunități interesante. Combinând mai multe tehnologii și domenii de cercetare se poate ajunge la soluții extrem de interesante, cum ar fi aplicarea nano-norilor. De fapt, aceștia sunt senzori mici care pot detecta factorii de mediu care afectează recolta, cum ar fi vântul, umiditatea, temperatura și conținutul de umiditate a solului, pe un teren de până la 30 de acri. Astfel de senzori de înaltă tehnologie, fără fir au fost deja folosiți cu succes în podgoriile din California. Un alt dispozitiv este drona, utilizată la scară din ce în ce mai largă, care este un vehicul aerian fără pilot controlat de la distanță, care ajută fermierii să “parcurgă” terenul propriu din aer, pentru a avea o imagine de ansamblu mai bună asupra culturilor lor. Planoarele de investigație ușoare, care zboară la joasă înălțime pot face fotografii detaliate ce arată agricultorilor în timp util unde și cât de mult ierbicid au nevoie și unde trebuie să irige. Cele mai avansate drone realizează fotografii în infraroșu, de înaltă rezoluție, frunzelor, care arată dacă planta primește sau nu o cantitate suficientă de apă și nutrienți. În plus, dronele sunt totodată utilizate în Japonia pentru stropire; în acest fel, plantele primesc și substanţele de care au într-adevăr nevoie.

Fapte și date Se pare că situația nu poate fi rezolvată doar prin reducerea producției, ci sunt necesare soluții mai radicale, unde știința poate ajuta. Cercetătorii experimentează în laborator cu producția de carne de animale încă din 2008. Prelevează mostre de țesut de la două bovine vii obișnuite, și încep să crească țesut muscular din această cultură de celule. De exemplu, o carne de hamburger conține 20 de mii de fibre musculare. Carnea produsă în acest fel nu este modificată genetic; celulele sunt la fel, ca și cum ar fi “evoluat” în modul convențional, ca parte a unui animal viu. Procesul este foarte eficient, deoarece de la o singură probă pot fi produse 20 de mii de tone de carne de vită. Această metodă ar reduce utilizarea terenurilor și a apei pentru creșterea animalelor cu 90%, iar energia consumată cu 70%. Deși, este nevoie încă de o mulțime de studii pentru a produce cu succes carnea pentru consumul uman în laboratoare, motivația este dată: o organizație de protecție a animalelor, PETA, a înființat un premiu de milioane de dolari pentru prima echipă de cercetare, care produce cu succes carne de pui comestibilă.

70% - Din terenul arabil disponibil la nivel modial este folosit de fermele de animale 50% - Jumătate din apa potabilă este consumată de animalele din ferme 50% - Animalele din ferme sunt responsabile pentru jumătate din gazele cu efect de seră.

Alimentul viitorului: microalgele Algele reprezintă unele dintre cele mai promițătoare plante care ar putea salva lumea de la foamete. Având în vedere că algele sunt plante acvatice, acestea cresc mult mai repede. Datorită acestui fapt, un hectar de alge poate produce aceeași cantitate de proteine ca 21 de acri de soia sau 49 acri de porumb. În plus, biodiversitatea algelor este imensă: există peste 800 de mii de specii de alge. De asemenea, există alge unicelulare și alge multicelulare, așa cum este giganticul kelp cu o lungime de 60 m. Algele produc carbohidrați, uleiuri, proteine, vitamine, coloranți și materiale organice. Acest lucru permite utilizarea extensivă a algelor în diverse industrii, cum sunt industria alimentară, a furajelor, cosmetică, farmaceutică, dar și în producția de biocombustibili. De asemenea, au și o altă importanță: 90% din oxigenul planetei este produs de alge prin fotosinteză, astfel că materialele derivate din alge sunt potrivite pentru absorbția dioxidului de carbon.

Fotobioreactor Propagarea microalgelor la scară industrială este posibilă numai în mod artificial în climatul nostru. Prin urmare, algele sunt produse în sisteme închise, în care producția este optimizată prin combinarea de lumină artificială și naturală și temperatură. Aceste echipamente sunt numite fotobioreactoare.

Algele cultivate în fotobioreactoare pot fi folosite pentru a produce agenți foarte importanți, deoarece modificarea condițiilor optime cauzează reacție la stres, care de multe ori duce la producția unei materii noi, sau la creșterea bruscă a producției unei materii deja produse. Astfel de sisteme sunt, de exemplu, bioreactoarele care pot produce hidrogen. Se cunoaște de mult timp că unele alge verzi pot produce hidrogen: în anumite circumstanțe, ele consumă substanțele nutritive produse în timpul fotosintezei, proces care se numește biofotoliză. Lipsa de sulf și oxigen generează o astfel de creștere a producției de hidrogen, care face posibilă producerea de energie (deficiența de sulf „oprește fotosinteza”; astfel, procesul de generare a energiei, în care este produs și hidrogenul, devine mai important pentru alge.) Au fost create multe brevete pentru producerea de substanțe active (cum ar fi ingrediente pentru medicamente, suplimente nutritive ), printre care unul dintre cele mai semnificative este uleiul de alge, care este foarte sănătos: acesta conține o mulțime de componente nesaturate, dar ca urmare a unui anumit stres, raportul de acid gras omega 3 crește semnificativ. Aportul de acizii grași omega 3 este extrem de important, cu toate acestea, mulți oameni nu consumă suficient și raportul omega 3 / omega 6 este, de asemenea, schimbat. 77

Ambalajele inteligente ale viitorului pentru alimente În prezent, activităţile de cercetare și dezvoltare în domeniul ambalării alimentelor sunt la fel de intense precum cele din domeniul producerii lor. Inovațiile și soluțiile de înaltă tehnologie presupun că ambalajele de carton, foliile și sticlele asigură menținerea alimentelor proaspete și în siguranță. Totuși, în afară de siguranța alimentelor, și protecția mediului trebuie să constituie o prioritate ce motivează cercetătorii să dezvolte noi tehnologii.

O nouă eră a ambalajelor Există mai multe motive pentru cantitatea tot mai mare de ambalaje alimentare la nivel mondial. Peste jumătate din populația lumii trăiește în orașe unde există puține opțiuni pentru creșterea independentă a hranei. Astfel, cei 3,5 miliarde de locuitori ai orașelor trebuie să își cumpere produsele din afara casei și de obicei, acestea sunt ambalate. În plus, numărul tot mai mare de gospodării cu o singură persoană, care preferă porții mai mici, și tendința în creștere de a mânca în mers, între două întâlniri, determină creșterea volumului de alimente ambalate. Din nefericire, ambalajele alimentare ajung la gunoi aproape imediat după deschidere și un procentaj semnificativ

din ele, cum este cazul plasticului, sticlelor de plastic sau dozelor de băuturi, de exemplu, au nevoie de decenii multe pentru a se degrada. În plus, surprinzătoare este nu doar cantitatea de ambalaje, dar și cea de resturi de mâncare, în special în țările dezvoltate. Aruncăm resturile de alimente adunate în timpul preparării mesei, dar și mâncarea pe care nu o mâncăm. Lucrul cel mai trist, totuși, este că aruncăm cea mai mare parte a mâncării împreună cu ambalajul: alimentele pe care nu le mâncăm la timp vor fi aruncate, fără ca măcar să deschidem ambalajul.

Fapte și date 1,3 miliarde Numărul de tone al producției de alimente – aproximativ o treime din total – pierdute sau risipite în fiecare an la nivel mondial. 95–115 kg - Cantitatea de alimente comestibile pe persoană care este pierdută sau risipită anual în țările industrializate. 78

Cercetătorii abordează această problemă complexă prin introducerea unor soluții inovatoare în domeniul ambalajelor. Unul dintre principalele lor obiective este de a reduce semnificativ cantitatea de alimente risipite, prin mărirea perioadei de timp în care produsele alimentare rămân proaspete în ambalajul lor. Acest lucru poate fi realizat prin izolarea alimentelor de oxigen, prevenind bacteriile de descompunere să se înmulţească. Divizia pentru materiale plastice a BASF a dezvoltat materiale compozite speciale, care sunt utilizate în principal pentru ambalarea în caserolă a feliilor de carne, cârnați și brânzeturi. Caserola, care este în contact cu produsele alimentare, este o poliamidă dură și flexibilă în același timp, și ceea ce este mai important: reține oxigenul și

dioxidul de carbon. Folia superioară este pe bază de BOPA (Poliamidă Orientată Biaxial), care este extrem de flexibilă, rezistentă la rupere și stratul interior servește ca o barieră împotriva aerului. O altă tehnologie de ambalare pentru păstrarea prospețimii este ambalarea în atmosferă modificată sau MAP. Cu această tehnologie, aerul din jurul produsului comestibil este înlocuit cu o atmosferă protectoare adaptată special pentru alimente. Un exemplu este amestecul de azot și dioxid de carbon. Aceste două gaze cu reactivitate lentă înlocuiesc oxigenul și încetinesc creșterea germenilor, fără utilizarea conservanților.

semnificativ al cercetătorilor din industria alimentară este producerea de ambalaje ecologice. Acesta este scopul deservit de materialul plastic biodegradabil: un material tot mai des întâlnit, având în vedere că multe plase și pungi de gunoi sunt fabricate din el. Compania chimică BASF este un lider și în dezvoltarea materialelor plastice degradabile. Poliesterul Ecoflex®, produs cu ajutorul bacteriilor și ciupercilor, apei, monoxidului de carbon și biomasei, se descompune în câteva săptămâni fără a lăsa reziduuri. Ecoflex® este folosit ca și strat de acoperire pentru paharele de hârtie, folie auto-contractabilă pentru alimente și, de asemenea, pentru a fabrica pungi care pot fi folosite pentru compostare acasă.

Pe lângă păstrarea igienei, un alt obiectiv

Cum funcționează compostarea? Compostarea este un proces biologic în timpul căruia deșeurile organice (cum sunt resturile de mâncare, ceai, resturi vegetale din grădină) se transformă într-o substanță asemănătoare humusului, ca rezultat al descompunerii naturale. Această substanță este numită compost, și poate fi folosită, de exemplu, pentru a îmbunătăți fertilitatea solului.

Știați că • Şi aditivii pot ajuta la fabricarea unor materiale de ambalare reciclabile, creșterea ciclurilor de reciclare, reducerea necesarului de materiale. Produsele BASF care contribuie la atingerea obiectivelor de reducere a necesarului de materiale și creșterea ciclurilor de reciclare includ aditivi care fac materialul plastic mai elastic și mai rezistent la îmbătrânire și rupere. Aceștia sunt folosiți în procese precum reciclarea sticlelor PET pentru băuturi. Aditivii BASF din gama Joncryl® garantează faptul că materialul reciclat atinge calitatea unui nou PET. Mai mult, substanțele chimice pentru hârtie de la BASF permit fabricarea unor noi tipuri de hârtie și carton din fibre reciclate.

Ambalajul: inspectorul inteligent al alimentelor Este dificil să se determine exact data de expirare a produselor alimentare perisabile, deoarece depinde în mare măsură de temperatura de depozitare. Un produs alimentar poate expira mult mai repede la 8-10˚C în frigider, decât la 0˚C. De aceea, s-au creat indicatori inteligenți care detectează imediat alimentele care nu mai sunt comestibile. Oamenii de știință elvețieni construiesc „sisteme olfactive” în ambalajele alimentelor pentru a monitoriza calitatea alimentelor. Sistemul măsoară temperatura, umiditatea și schimbările de parametri. Conținutul de etilen se modifică atunci când fructul se coace, în timp ce apariția hexanolului indică expirarea valabilității. Dar senzorii detectează prezența altor agenţi patogeni și efectele radiațiilor UV, ca și

scurgerile, uscarea și alte deteriorări ale ambalajului. Decolorarea ambalajelor indică valori necorespunzătoare și e posibil ca ambalajele să nu mai poată fi deschise. Dilema datei de expirare nu ocolește nici alimentele înghețate, deoarece nu putem fi siguri dacă acel aliment a fost congelat în mod corespunzător. Indicatorul timptemperatură dezvoltat de BASF ne ajută să monitorizăm alimentele pe drumul de la producător la comerciant, astfel încât clienții își pot da seama dintr-o simplă privire asupra etichetei dacă produsul a fost menținut constant în stare congelată și depozitat corespunzător până a ajuns în congelatorul clientului. Pentru imprimarea etichetelor OnVu™ ICE este folosită o cerneală termosensibilă; cu cât

culoarea este mai închisă, cu atât mai bine a fost păstrată temperatura joasă pentru alimentele răcite și congelate. O altă tehnologie care ne poate ajuta să verificăm starea reală a alimentelor este identificarea prin frecvență radio (RFID). Cipurile electronice amplasate pe ambalaje și care înlocuiesc codul de bare tradițional stochează toate informațiile importante despre aliment, inclusiv ingredientele, substanțele alergene conținute și, desigur, data de expirare. Cipurile RFID pot fi citite rapid și simplu și pot fi folosite pentru a afla când a fost produs exact un anumit aliment și care este ruta prin care a ajuns la locul de comercializare.

Decolorarea ambalajelor indică valori necorespunzătoare și e posibil ca ambalajele să nu mai poată fi deschise. 80

Senzațional: Prima doză cu auto-răcire din lume Doza cu auto-răcire poate reduce temperatura unei băuturi cu 1˚C în trei minute. ChillCan conține o cameră cilindrică ce conține CO2 la presiune mare, terminânduse cu o valvă care se extinde la baza dozei și este închisă cu un buton. Când utilizatorul apasă pe buton, valva se deschide și gazul CO2 este eliberat prin partea inferioară a dozei, în exterior. Pe măsură ce gazul se dilată, absoarbe căldura din lichidul înconjurător, coborând temperatura. Doza specială – conținând o băutură energizantă – este deja comercializată pentru publicul larg în State Unite ale Americii.

Mâncăm și ambalajul

Potrivit unora, noile generații de ambalaje vor fi diferite, chiar și din perspectiva utilizării: nu numai că vor păstra alimentele, dar vor fi, de asemenea, comestibile ca atare. Deschizătorul de drumuri în acest domeniu este Dr. David Edwards de la Harvard, profesor de Practică în Ingineria Biomedicală. Edwards, împreună cu echipa sa de oameni de știință au creat o membrană comestibilă fabricată din polimeri biodegradabili și particule de alimente care ar înlocui ambalajele tradiționale, precum celofanul sau cartonul. Membrana comestibilă sau „Wikicell” acționează ca o „sticlă” naturală, similar felului în care coaja sau pieliţa unui fruct protejează pulpa de dedesubt. Edwards consideră că este posibilă stocarea oricăror arome în interiorul unui Wikicell. Până în prezent, echipa sa a creat o membrană de roșii ce conține gazpacho, o membrană de struguri cu vin în interior, și diverse alte membrane asemănătoare. Edwards a dezvoltat, de asemenea, o sticlă prototip cu un strat protector similar cu o coajă de ou, care poate fi desprins sau consumat în întregime, împreună cu membrana de dedesubt. Această substanță tip membrană seamănă cu capsulele de detergent la modă în prezent, în care detergentul lichid se află încapsulat într-un material plastic transparent , tip folie, care se dizolvă în mașina de spălat în timpul spălării ca urmare a contactului cu apa şi rufele. Deși acum pare într-adevăr de neimaginat să mușcăm dintrun sandwich, împreună cu ambalajul acestuia, ambalajele comestibile vor avea cu siguranță un rol important în viitor. Diverse echipe de cercetare lucrează la dezvoltarea de materiale pentru ambalaje comestibile în diferite părți ale lumii care pot fi folosite pentru a ambala băuturi răcoritoare, dulciuri și chiar carne proaspătă.

DESIGN-UL în serviciul ambalajului sustenabil Așa cum arată paragrafele de mai sus, a trecut timpul când unica funcție a ambalajelor alimentare era doar de a stoca produsele și, probabil, de a atrage atenția clienților cu aspectul lor atractiv. Desigur, acesta din urmă este important - dar, astăzi principala preocupare a designer-ilor este de a deveni primii în crearea unui ambalaj care este extrem de funcțional şi natural în același timp. Datorită eforturilor depuse în acest sens, cantitatea de ambalaje alimentare fabricate din hârtie reciclată este în creștere, acestea fiind preferate pentru ambalarea produselor bio. Cercetătorii au avertizat, însă, că aceste materiale reciclate pot conține reziduuri de cerneală și, astfel, uleiuri minerale dăunătoare. Din acest motiv, din considerente de siguranță alimentară, un strat subțire protector trebuie să fie plasat între hârtia reciclată și produsele alimentare pe care le conține. „Sticla inteligentă” poate avea, de asemenea, un aspect impresionant pe rafturile

magazinelor, oferind tranziția de la recipiente tradiționale rigide la pungi flexibile pentru ambalare. Este fabricată din folii flexibile. Folosește izolatoare plate şi solide la colțuri pentru a oferi rigiditate, menținând forma recipientului. Această configurație oferă un ambalaj care se transportă pliat înainte de umplere și reduce amprenta de deșeuri atunci când este golit. Arta proiectării ambalajelor presupune, de asemenea, etichetarea și tipărirea. Vopselele nocive, pe bază de uleiuri, sunt înlocuite tot mai mult cu vopselele ecologice, pe bază de apă. În proiectarea etichetelor, principala inovație va fi obținută o dată cu apariția primei imagini holografice pe ambalaj. Sună SF? Ei bine, mai multe grupuri de oameni de știință lucrează la o astfel de soluție și ambalajele cu imagini în mișcare au fost deja implementate în proiecte experimentale. Motivul pentru care nu le vedem în magazine, este faptul că niciun producător nu le folosește, acestea fiind încă foarte scumpe.

Știați că • Japonia este citadela ambalajelor pentru produse alimentare: este sursa multor tipuri de ambalaje premiate în domeniu. În Japonia, deseori se introduce bambus sau alte materiale de origine vegetală în ambalaje și chiar în farfurii, iar bețele pentru mâncat sunt fabricate tot din fibre de bambus, în majoritatea cazurilor. Japonezii au devenit lideri nu numai în utilizarea materialelor, ci și în tehnologie. Una dintre inovațiile cheie este Sistemul de Congelare pentru Păstrarea Prospețimii, care este folosit pentru ambalarea peștelui crud. Acest sistem de congelare rapidă utilizează atât curent alternativ, cât și continuu, „potențial electric” ridicat, în același timp cu răcirea rapidă a produsului fără oxidare, reducând mărimea cristalelor de gheață care se formează în celulele alimentelor.

Știința congelării Mărimea cristalelor de gheață care se formează în timpul procesului de congelare determină în mare măsură calitatea alimentelor înghețate, deoarece cristalele mari deteriorează peretele/membrana celulară, astfel că după dezghețare alimentul nu își mai recapătă forma inițială. Cristalele mici au un efect de deteriorare mai mic. Mărimea cristalelor care se formează în timpul congelării – sau când se precipită din soluție – depinde de viteza a două procese: viteza formării de nuclee și a creșterii cristalelor. Dacă primul proces este rapid și al doilea este lent, se nasc o mulțime de cristale mici sau chiar microscopice; în caz contrar, se formează câteva cristale mari – în natură, există chiar cristale gigant, care cântăresc câteva tone. Răcirea rapidă crește ritmul de formare a nucleelor, de aceea este preferată în tehnologia alimentară. Pentru a realiza acest lucru, cel mai potrivit este azotul, care poate răci alimentele până la -196°C.

Produsele fermentate (cum ar fi brânza și vinul) conțin întotdeauna substanțe care sunt toxice în cantități mari.

Cantitate crescută de amine biogene poate indica deteriorarea alimentelor bogate în proteine. Aminele biogene se formează din aminoacizi (produși ai hidrolizei proteinelor) prin decarboxilare în timpul procesului de fermentație și deteriorare. Produsele fermentate (cum ar fi brânza și vinul) conțin întotdeauna substanțe care sunt toxice în cantități mari. Valoarea totală a celor patru amine biogene majore histamina, tiramina, putresceina și cadaverina (acesta din urmă este “deșeu toxic”) - indică alterarea produselor din carne. Deja există astfel de ambalaje inteligente sau mici autocolante adezive care indică valoarea crescută a acestor amine cu o schimbare de culoare, ceea ce înseamnă că produsul din carne este stricat.

Știința în bucătărie Inovațiile ne fac viața de zi cu zi mai ușoară în multe feluri. La fel se întâmplă cu alimentele noastre, care sunt și ele supuse dezvoltării, la fel ca toate aspectele vieții noastre. Alimentația și gastronomia vor trece printr-o asemenea transformare în următoarele decenii, încât nici măcar nu vom ști ce se află în farfuria noastră.

Bucătărie inteligentă, aparate inteligente Dezvoltarea aparatelor de uz casnic, la fel ca orice alt domeniu, este determinată de nevoile în schimbare ale oamenilor. Vrem să ne petrecem tot mai puțin timp cu prepararea alimentelor, dar totodată dorim să mâncăm mese sănătoase și hrănitoare, care sunt delicioase și arată bine. În afară de aceasta, ne dorim, de asemenea, să avem aparate de înaltă tehnologie în bucătărie, pentru că neam obișnuit deja cu ele în alte domenii. Echipamentele bucătăriei viitorului vor încerca să atingă aceste obiective, pe care, probabil, le vom găsi fascinante, la fel cum bunicile noastre au fost uimite când au întâlnit frigiderul sau cuptorul cu microunde pentru prima dată. Bucătăria viitorului ne va aminti de laboratoarele bine dotate, în care aparatele inteligente sunt de fapt diferiți senzori, care, de exemplu, ne

vor recunoaște vocea când intrăm în bucătărie și lumina se va aprinde automat. Bucătăria noastră va cunoaște obiceiurile noastre alimentare și va recomanda alimente, băuturi și în general o dietă sănătoasă pe care bucătarul nostru holografic o recomandă. Cu ajutorul unui ecran tactil vom selecta zona plitei pe care dorim să o încălzim și ne vom produce propriile legume în hidroponics, adică o „grădină de bucătărie” fără sol. Instrumentele vor fi capabile să comunice unul cu celălalt, astfel că, dacă am alege o rețetă de friptură de vită din cartea de bucate digitală, frigiderul inteligent va începe imediat programul de decongelare a cărnii. Vorbind de frigidere, inginerii proiectează deja frigidere despre care am putea gândi o mulțime de lucruri la prima vedere, cu excepția faptului că

dispozitivul ar trebui să fie în bucătărie. O astfel de idee unică este conceptul Bio Robot Refrigerator care utilizează o substanță specială de tip gel care suspendă și răcește mâncarea introdusă. Nu numai aspectul, dar şi modul de funcționare a acestui frigider premiat este neobișnuit, deoarece nu dispune de un motor sau o altă tehnologie tradițională ca cele mai multe frigidere, ci de un gel special biopolimer ce asigură răcirea chimică. Pentru a utiliza frigiderul, pur și simplu se introduce alimentul în acest gel, care nu are miros și nu este lipicios, se suspendă și se răcește până avem nevoie de el din nou. Agenții de răcire sunt “roboți bio” încorporați în gel care folosesc luminiscența - lumina generată la temperaturi scăzute - pentru a păstra alimente. Aparatul folosește zero energie pentru răcire și are nevoie doar de energie pentru panoul de control.

Așezați pe frigider! Inginerii în materiale plastice de la BASF au creat frigiderul viitorului, bazat aproape exclusiv pe materiale plastice speciale. Datorită plasticității materialelor, forma frigiderului-concept Coolpure 1.0 nu este cubul obișnuit: este un obiect de design, care poate fi folosit pentru a sta jos în bucătărie. Materialele plastice au o bună capacitate de izolare, astfel că aceste frigidere sunt dispozitive care economisesc energie.

Lecții combinate de gătit și chimie Puțină sare, o mână de orez - cu siguranță nu vom auzi aceste expresii în bucătăria viitorului, în care temperatura va fi stabilită exact la jumătate de grad Celsius, iar timpul de gătit va fi măsurat în secunde. Desigur, aceasta nu înseamnă că trebuie să renunțăm la bucuria creativității și experimentării în bucătărie, la ceea ce face din gătit o artă, dar viitorii maeștri bucătari vor fi ajutați de proceduri de gătit foarte diferite, care vor necesita o precizie aproape științifică. Procesele fizice și chimice folosite în gastronomia moleculară au fost elaborate de către bucătari întreprinzători și oameni de știință. În curând, vom fi capabili să copiem aceste procese. La baza acestui nou mod de preparare a meselor stă faptul că aroma deosebită și textura minunilor alimentare sunt realizate din ingrediente, care sunt descompuse chimic în bucăți mici, cu tehnici speciale și dispozitive de înaltă tehnologie. Conceptul de bază este gătitul abordat din punct de vedere științific, dar ca o activitate zilnică. Rezultatul este o experiență nouă și inovatoare de a lua masa. Ca urmare a acestui proces, pot fi create feluri de mâncare extreme, cum ar fi budinca de mere cu spaghetti cu afine, chiftele de mazăre explozive sau spumă de zmeură moleculară. 85

Reforme gastronomice Termenul de gastronomie moleculară a fost creat când fizicianul Nicholas Kurti l-a întâlnit pe specialistul în chimie fizică Hervé This. Specializarea fizicianului născut în Ungaria, Nicholas Kurti, era termodinamica și acesta a efectuat o mulțime de experimente cu materiale la temperaturi extrem de scăzute. Era dezamăgit de faptul că oamenii știau mai multe lucruri despre temperatura internă a stelelor, decât despre temperatura internă

Dar cum și din ce sunt preparate aceste specialități? În afară de ingredientele normale de fiecare zi, precum legumele și fructele, aveți nevoie și de materiale care modifică forma și textura obișnuită a ingredientelor. Aceste materiale și procese de bază ale gastronomiei moleculare sunt folosite des de industria alimentară, deși aspectul lor este mai puțin important acolo. În bucătăria moleculară, esența este că felul de mâncare trebuie să fie surprinzător, ceea ce înseamnă că gustul nu se potrivește cu aspectul. Ați gusta dintr-un bol cu spaghetti dacă ați ști dinainte că are gust de coacăze roșii? Sau ați gusta caviar dacă ați ști că are aromă de vanilie în loc de aroma de pește la care v-ați aștepta?

Emulsionare Un aditiv folosit frecvent este pasta emulsifiantă care este produsă din grăsimi animale și vegetale. Cu acest material, componentele care nu sunt miscibile (miscibil: Care poate forma (împreună cu altă substanță) un amestec omogen) pot fi combinate la nivel coloidal, astfel obținându-se o aromă și o textură uimitoare a alimentelor.

a unei budinci de orez, așa că a decis să familiarizeze publicul cu latura științifică a artei culinare. El este cel care a creat termenul de gastronomie moleculară și tot el este cel care a organizat prima Conferință de Gastronomie Moleculară. Credea cu tărie că fizica și chimia nu pot fi separate de procesele din bucătărie. De aceea, a încurajat maeștrii bucătari să ia parte la această educație științifică de nivel înalt.

Acum, puteți să vă familiarizați și cu câteva dintre procesele de modificare a texturii din gastronomia moleculară:

Aerarea Prin această metodă, lecitina este extrasă din ingredientele naturale cum sunt ouăle sau soia și este folosită pentru spumare și aerare, nu doar în gastronomia moleculară, ci și în industria alimentară.

Sferificarea Sferificarea este o tehnică prin care lichidul devine gel şi poate fi prelucrat în sfere rotunde. Se pot obține două tipuri de rezultate: prin gelificarea lentă, întregul lichid devine gelatinos, sau se pot crea sfere, care rămân lichide în interior. Alginatul extras din alege și clorura de calciu are proprietăți de sferificare, deoarece aceste materiale formează un compus insolubil în apă care formează o membrană pe suprafața picăturii (soluția de alginat colorat, aromat este pusă în contact cu soluția de clorură de calciu).

Spumarea la cald Metilgelul, un material produs din celuloză, este folosit pentru spumarea la cald a ingredientelor. Principala sa caracteristică este că la peste 60˚C se gelatinizează, și în timpul răcirii va fi mai fin. Ca urmare, este larg folosit în industria alimentară pentru pregătirea alimentelor semipreparate, iar în arta culinară este folosit ca și adeziv.

Azotul lichid

Omogenizare ultrasonică Pentru amestecarea materiilor prime cu polarități diferite, cum ar fi amestecarea completă a uleiului și oțetului, este mai eficientă omogenizarea cu ultrasunete decât amestecarea mecanică. Oscilația undelor sonore între 20kHz și 10MHz determină mișcarea materialului la nivel molecular, astfel, pot fi amestecate mai multe componente, și pot fi create emulsii perfecte.

Fără îndoială, cel mai vizibil element al bucătăriei moleculare este baia în azot lichid. La -196˚C, o varietate de alimente pot fi înghețate în azot lichid și, în plus, sunt acompaniate de o evaporare spectaculoasă. De exemplu, este suficient să amestecăm ingredientele pentru o înghețată și aceasta va fi răcită imediat dacă turnăm azot lichid peste ea. De asemenea, putem congela rapid carnea pentru a o conserva.

Știați că • Simțul tactil poate afecta gustul. Încercați! Gustați o linguriță de înghețată cu ochii închiși, în timp ce atingeți o bucată de catifea: veți avea senzația că înghețata este mai cremoasă. Apoi, frecați între mâini o bucată de glaspapir în timp ce gustați. Simțiți că textura înghețatei este mai granulară?

Campionul mondial al bucătăriei moleculare

În prezent, tot mai mulți maeștri bucătari folosesc metodele gastronomiei moleculare, dar cel care a câștigat titlul de „World’s Best Chef” este Heston Blumenthal. În restaurantul său din Anglia, oaspeții se pot bucura de preparate speciale, sorbet crocant de ceai verde și limetă, somon marinat Mignon cu alge de mare japoneze și maioneză de vanilie sau porridge de melci cu pătrunjel verde.

Să gătim în vid! Cea mai mare parte a proceselor culinare încep „la scară mare”, însemnând că mai întâi sunt aplicate în marile bucătării și restaurante, și abia mai târziu sunt disponibile pentru bucătarii amatori. La fel s-a întâmplat și cu gătitul sous-vide, sau în vid, care a devenit tot mai căutat, inițial fiind folosit doar de maeștrii bucătari Michelin, dar s-a dovedit atât de practic, încât a început să se răspândească la scară largă. Prin această procedură, pot fi preparate mese gustoase și sănătoase care pot fi păstrate mai multe săptămâni. Metoda constă în faptul că ingredientele – carne sau legume – sunt ambalate în vid și gătite în apă pentru o perioadă relativ lungă de timp, până la 72 ore, la o temperatură joasă, constantă de aproximativ 60°C. Vidul

este important deoarece absența aerului previne oxidarea mâncării, astfel că nu se decolorează și nici bacteriile aerobe responsabile pentru degradare nu se pot înmulți în alimente. Avantajul gătitului în apă la temperatură scăzută și constantă este faptul că apa este capabilă să transfere căldura la produsele alimentare încet, dar constant, deoarece transportă căldura de zece ori mai eficient decât aerul. Carnea devine mai gustoasă, deoarece degradarea termică a componentelor între 50 și 60 de grade este mai mică, și, de asemenea, grăsimea rămâne în produsele alimentare. Nu în ultimul rând, nutrienții, mineralele, sarea și vitaminele rămân, de asemenea, în produsele alimentare. Desigur,

temperatura și timpul de gătire diferă la fiecare ingredient; ele depind în principal de punctul de topire a grăsimilor din carne și de proprietățile proteinelor. De exemplu, antricotul are nevoie de 24 de ore la 54,5 grade Celsius pentru a fi gătit, dar pulpele necesită 4-8 ore la 71 de grade Celsius.. Unele alimente în vid, cum sunt legumele, pot fi consumate imediat, carnea trebuie doar prăjită în puțin ulei. Totuși, dacă doriți să consumați alimentele mai târziu, acestea trebuie răcite prin răcire șoc după ce sunt scoase din apă, ceea ce înseamnă că alimentele trebuie răcite brusc la mai puțin de 3 grade. Apoi, alimentele pot fi păstrate în siguranță timp de 21-40 zile.

Fapte și date 50% - bucătării care folosesc regulat tehnica gătitului în vid economisesc 50% din energie. 89

Tipărește-mi prânzul Tipărirea 3D este o tehnologie nouă care poate afecta mai multe aspecte ale vieții noastre, și nu ocolește nici bucătăria. Metoda convenabilă și rapidă a fost inițial inventată pentru a produce piese prototip care au fost proiectate pe calculator pentru producția industrială, dar mai târziu și industria alimentară a descoperit această metodă. Deși mulți oameni nici măcar nu se gândesc să mănânce o friptură realizată de o imprimantă 3D, imprimanta alimentară poate deveni în curând un dispozitiv de bază în bucătărie

Cum funcționează imprimanta alimentară 3D? Aparatele de tipărit 3D construiesc materiale speciale care sunt depozitate în casete, strat cu strat, care se solidifică între ele, și, astfel, pot fi create obiectele 3D. O imprimantă alimentară 3D funcționează pe același principiu, singura diferență este că materialele din casete sunt înlocuite cu materiale comestibile cum ar fi carbohidrați, pulberi de proteine și vitamine. Imprimanta așează aceste componente una peste cealaltă până ce mâncarea comestibilă este gata. Tipărirea ciocolatei sau a biscuiților nu mai reprezintă o problemă pentru companiile implicate în tipărirea alimentelor. Recent, bine-cunoscutul producător american de biscuiți cu cacao, Oreo, a introdus versiunea tipărită 3D a acestui produs. Acum, dezvoltatorii lucrează la crearea unor mâncăruri mai complexe, precum pizza, pentru care aluatul trebuie copt în timpul tipăririi, iar roșiile și alte ingrediente pot fi puse pe aluat numai după această procedură. 90

De ce este acesta un dispozitiv atât de revoluționar?

Pe de o parte, risipa alimentelor poate fi oprită, având în vedere că materialele din casetele imprimantei nu se pot altera. În astfel de „casete alimentare” există carbohidrați, proteine, macro și micro-nutrienți și vitamine sub formă de pudră; perioada lor de valabilitate poate fi de până la 30 ani. Un alt avantaj major al tipăririi alimentelor este faptul că permite o nutriție sănătoasă, personalizată și diversă. Rețeta poate fi schimbată imediat cu un singur buton, în funcție de consumator, care poate fi o persoană în vârstă, o femeie însărcinată, un copil sau o persoană cu o dietă specială. Deci, atenția acestei noi bucătării nu este direcționată doar spre confort, ci şi spre un factor mai important: alimentația poate fi personalizată și oamenii cu diete speciale pot fi mai ușor satisfăcuți.

Știați că • Tehnologia tipăririi de alimente 3D este susținută de NASA care a intrat în contact cu una din companiile producătoare de imprimante. Acest lucru s-a întâmplat deoarece NASA s-a confruntat cu dificultăți în asigurarea cantității adecvate de hrană pentru astronauții de pe stațiile spațiale.

Ești ceea ce mănânci Proverbul este valabil de mii de ani. Cele mai multe impurităţi ajung în corpul nostru prin ceea ce consumăm, în timp ce produsele alimentare sunt, de asemenea, o sursă de substanțe nutritive importante (esențiale); prin urmare, este foarte important ce mâncăm. Un regim alimentar variat este crucial. O parte importantă din dieta sănătoasă este faptul că substanţele nutritive care sunt necesare pentru funcționarea organismului nostru, trebuie introduse în cantități suficiente, indiferent dacă sunt macronutrienți (glucide, lipide, proteine) sau micronutrienți

(oligo-elemente, vitamine, anti-oxidanţi). Alimentele care întăresc sănătatea - sau alimentele funcționale - sunt, de asemenea, alimente inovatoare. Unul dintre primele și încă cel mai vândut aliment funcțional este sarea iodată. (Iodul este un element esențial pentru funcționarea bună a tiroidei). Tehnicile de gătit inovatoare au o valoare nutritivă ridicată deoarece ele păstrează ingredientele sănătoase active ale produsului alimentar și creează noi oportunități de integrare a substanţelor pentru protecția sănătății în hrana noastră.

Proverbul este valabil de mii de ani

conținut Introducere 2,3 Viața urbană Viitorul apei – cum poate știința să ne potolească setea?

4,5 6-11

Aer curat – prin metode științifice

12-19

Orașele moderne ale viitorului

20-31

Energie inteligentă

32,33

Surse de energie revizuite

34-43

Surse viitoare de lumină

44-55

Noi perspective în transport

56-67

Lanțul alimentar sustenabil

68,69

Cum să hrănim generațiile viitoare?

70-77

Ambalajele inteligente ale viitorului pentru alimente

78-83

Știința în bucătărie

84-91

notiČ&#x203A;e