ŻYCiE W PrZYSZŁOśCiZrównoważone technologie, któremogą ocalić naszą przyszłość

chemiatomy.pl | zestaw edukacyjny

2

WproWadzenie

Szanowni państwo!przypuszczalnie również i Wy słyszycie na co dzień termin „zrównoważony rozwój”, często wymieniany jako kluczowy warunek naszego przetrwania, naszej przyszłości, w której następne pokolenia odegrają istotną rolę. niemniej jednak termin zrównoważony rozwój oraz to, co my i świat możemy zrobić, jest czasem niezrozumiały nawet dla nas - dorosłych.

Materiały edukacyjne Chemgeneration opracowane przez firmę BaSF mają na celu kompleksowe wprowadzenie metod zrównoważonego rozwoju do języka młodzieży, szczególnie w zakresie rozwoju naukowego, który może odmienić miasta przyszłości, zużycie energii i żywienie, czyli mówiąc ogólnie codzienne życie ludzi. dzisiejsi uczniowie z pewnością spotkają się z tymi innowacjami w przyszłości, gdyż będą zapewne korzystać z elektrycznych samochodów, mieszkać w domach pasywnych czy wykorzystywać energię słoneczną lub wiatrową.

Wierzymy, że szkoły i nauczyciele mogą uczynić najwięcej dla zrównoważonego rozwoju, gdy przedstawią swoim uczniom zrównoważony rozwój jako wartość i wzbudzą ich zainteresowanie naukami ścisłymi, które dzięki innowacjom będą miały decydujące znaczenie dla ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju. Mamy nadzieję, że to młode pokolenie chętnie zwiąże swoje życie zawodowe z nauką i wykaże się motywacją w pracy na rzecz zrównoważonego rozwoju w swoim obszarze działalności z wykorzystaniem najnowszych narzędzi naukowych.

Życzymy państwu owocnej pracy i wielu zainteresowanych uczniów.

BaSF na rzeCz edukaCji i zróWnoWaŻonego rozWoju

LaBoratoriuM dzieCięCe BaSF

Cel przyświecający firmie BaSF jest następujący: „tworzymy chemię dla zrównoważonego rozwoju”. Co to znaczy? oznacza to, że będąc integralną częścią społeczeństwa, prowadząc działalność i opracowując innowacyjne rozwiązania, nasza firma zawsze kieruje się zasadami i wytycznymi zrównoważonego rozwoju. W ciągu 150 lat istnienia naszej firmy dokonaliśmy szeregu odkryć technologicznych służących promowaniu zrównoważonego rozwoju, od innowacyjnych materiałów umożliwiających bardziej efektywne wykorzystanie zielonej energii do nowoczesnych i bardziej przyjaznych środowisku części samochodowych. Wierzymy, że dzięki nowoczesnym metodom naukowym jesteśmy w stanie wiele zdziałać dla zrównoważonego rozwoju.

jednym z naszych celów jest popularyzowanie pojęcia zrównoważonego rozwoju i podkreślanie istotnej roli nauk ścisłych dla zrównoważonego rozwoju, szczególnie wśród młodych pokoleń, ze względu na to, że klucz do naszej przyszłości znajduje się w ich rękach. opracowaliśmy dla nich kilka programów, które pozwolą młodym ludziom zdobyć osobiste doświadczenia w ekscytującym świecie nauki, a przy okazji, nauczyć się także czegoś na temat znaczenia chemii dla zrównoważonego rozwoju świata.

interaktywny program edukacyjny, specjalnie przygotowany dla dzieci w wieku od 6 do 12 lat. umożliwia dzieciom odkrywanie świata chemii przy okazji przeprowadzania prostych i bezpiecznych doświadczeń chemicznych, które mogą podsycić ich zainteresowanie naukami ścisłymi, przede wszystkim chemią.

We create chemistry

3

Strona edukaCyjna CHeMgeneration.CoM

prograM CHeMgeneration

podręCznik nt. zróWnoWaŻonego rozWoju

podstawowym celem naszej strony, która działa już od czterech lat, jest wzbudzenie zainteresowania naukami ścisłymi i informowanie o roli chemii w świecie, w tym o jej istotnych zadaniach dotyczących przyszłości ludzkości i zrównoważonego rozwoju. podstawowa treść przedstawiona jest za pomocą opowieści o najważniejszych odkryciach chemicznych.na stronie znaleźć też można najnowsze innowacje ze świata nauki.

ponieważ strona Chemgeneration cieszy się dużym zainteresowaniem, rokrocznie opracowujemy programy, które motywują 14-18-letnich uczniów szkół średnich do naukowego myślenia i działania. W roku 2012 za pośrednictwem gry online Future City (Miasto przyszłości) przybliżyliśmy im najważniejsze technologie naukowe wykorzystywane w zrównoważonych i nowoczesnych miastach. W roku 2013 zaprosiliśmy uczniów szkół średnich do udziału w konkursie pod nazwą „Chain reaction” („reakcja łańcuchowa”), który dał uczniom możliwość wykorzystania wiedzy z dziedziny fizyki i chemii. każdy zespół

stworzył samodzielne urządzenie reakcji łańcuchowych, działające dzięki serii zjawisk fizycznych i reakcji chemicznych.

W roku szkolnym 2014/2015 ponownie zapraszamy młodzież do udziału w konkursie naukowym. Celem the Future Heroes Science Competition (konkursu naukowego Bohaterowie przyszłości) jest znalezienie przyszłych młodych wynalazców, którzy potrafią w kreatywny sposób wykorzystywać innowacje naukowe celem wdrażania rozwiązań przyjaznych środowisku. zadaniem zespołów

złożonych z uczniów szkół średnich jest przeprowadzenie badań naukowych i opracowanie innowacyjnych zrównoważonych rozwiązań problemów, z którymi boryka się lokalna społeczność. Mogą to być takie problemy jak marnotrawstwo energii w szkole lub nadmierna produkcja odpadów - chodzi o to, aby rozwiązać problem za pomocą metod naukowych. najlepsze pomysły mogą zostać wykorzystane jako dobry przykład bądź zainspirować innych do wprowadzenia zmian i zastosowania zrównoważonych rozwiązań

W podręcznikach wprowadzających trzy główne globalne trendy przyszłości zawarto dziewięć bogato ilustrowanych artykułów naukowych, które ujawniają relacje pomiędzy zrównoważonym rozwojem a nauką na poziomie

globalnym, o największym wpływie na środowisko, w którym żyjemy, np. zużycie energii lub wody. teksty informują uczniów o najnowszych wynikach badań i innowacjach oraz dostarczają wielu ciekawych danych przyciągających ich uwagę.

artykuły naukowe wspomagają w pracy także nauczycieli, którzy mogą zapoznać się z najnowszymi odkryciami naukowymi, o których prawdopodobnie nigdy nie słyszeli.

4

Szybki wzrost populacji i rozwój miast stanowi duże wyzwanie dla naukowców. Struktura miast ulega zmianie, a metody budowlane stają się coraz bardziej przyjazne dla środowiska. Ważne jest również czyste powietrze i zrównoważone zarządzanie wodą - (tiret) w tej dziedzinie też istnieją ciekawe rozwiązania naukowe.

przeczytaj o najnowszych ekologicznych miastach, fantastycznych metodach budowlanych przyszłości, biologicznym oczyszczaniu ścieków i możliwościach odsalania wody. poznaj konsekwencje zanieczyszczenia powietrza i jak można z nim walczyć za pomocą najnowszych technologii naukowych.

5

ŻyCie W MieŚCie

6

jednak zapotrzebowanie człowieka na wodę stale rośnie. obecnie codziennie

należy zapewnić wodę dla

- do picia, jedzenia i mycia. ale za kilkadziesiąt lat

ludzi będzie musiało dzielić się znacznie mniejszą ilością wody.

przyszłość wody - w jaki sposób nauka może zaspokoić nasze pragnienie?

Ludzie oraz wszystkie istotny żywe do przetrwania potrzebują wody. W związku z przyrostem naturalnym na świecie oraz zmianami klimatycznymi zasoby wody na naszej planecie stale maleją, a ich pozostała część ulega coraz większemu zanieczyszczeniu. niniejszy artykuł ujawnia, co robi nauka, by zachować czystą wodę.

Każdakropla jest

cenna

Woda jest jedną z najpowszechniej występujących

substancji na ziemi. jest tak powszechna, że jest nią

pokryte prawie trzy czwarte, tj.

71%naSzej pLanety

?

oceany, morza, jeziora i rzeki to wielkie zasoby wodne, chociaż Biegun północny i południowy oraz lodowce

górskie także zawierają wodę zamkniętą w lodzie.

P

P

=jak to możliwe, że pomimo tak ogromnych zasobów wodnych, ludzie w wielu częściach świata

cierpią na niedobór wody

odpowiedź brzmi, że zaledwie

niewielka część, jedynie 2,5% zasobów wodnych ziemi to słodka woda pitna. ponadto

większość zasobów słodkiej wody jest zamrożonych w formie stałej

warstwy śniegu i lodu w lodowcach lub uwięzionych głęboko pod

powierzchnią ziemi pomiędzy skałami i trudno do nich dotrzeć.

7 miliardów ludzi

10 miliardów ludzi

7

z jednej strony ze względu na zmianę klimatyczną, gdyż rosnąca

temperatura ziemi wywołuje ekstremalne zjawiska pogodowe,

częstsze susze, kurczenie się jezior oraz wysuszanie zbiorników

wodnych. z drugiej strony dramatycznie rośnie konsumpcja

wody przez ludzi, w szczególności w dużych miastach. W wielu

miejscach zużycie wody już teraz rośnie szybciej niż wynosi podaż

dostępnych zasobów. uderzające jest to, że mimo tych przerażających faktów, nie maleje zużycie wody w celach luksusowych. na przykład

ilość wody wykorzystywana codziennie do nawadniania pól golfowych odpowiada dobowej konsumpcji wody przez połowę

populacji całej ziemi.

ostatnie badania pokazują,że obecnie z

pragnienia cierpi 1 miliard ludzi

do

2050 roku woda na naszej planecie

wystarczy jedyniedla połowy ludzkości.

a

ale dlaczego dostępne zasoby wody ulegają skurczeniu?

Całkowite zużycie wody(m3/rok/osobę)

konsumpcja wody mierzona

jest jej zużyciem. zużycie wody w

szczeblu krajowym defi niowane jest jako całkowita

ilość słodkiej wody wykorzystywana do produkcji towarów i usług stosowanych przez mieszkańców

danego kraju.

Bogate i wysuszone kraje Bliskiego Wschodu importują wodę pitną z jezior kanady i

Syberii, co oznacza, że woda ta praktycznie obiega cały świat, zanim dotrze to osoby, która ją wypije. podobnie jest w ameryce,

gdzie ogromne miasta zamieszkiwane przez milion osób uzyskują wodę z odległości

setek kilometrów. przedsiębiorcy nabywający źródła wody na dużą skalę w rosji, kanadzie

i na alasce to nowi baronowie naftowi.

t. Boone pickens, największy właściciel wody w ameryce,

zainwestował

100 milionów USD w zakup studni i źródeł wody. W

przyszłości planuje sprzedawać wodę pitną do teksasu za

165 milionów USD.

Woda to majątek

8

WSKAZÓWKA Sposoby na oszczędzanie wody:!

• Bierzpryszniczamiastkąpieliwwannie! prysznic trwający kilka minut wymaga połowy wody, jaka byłaby potrzebna do napełnienia wanny.• Byuniknąćzbędnejutratywody,zakręcajkran w trakcie mycia zębów! • Zbierajdeszczówkędopodlewania przydomowych roślin, nie stosuj wody z kranu!• Wdomuzamontujgłowicępozwalające zaoszczędzić wodę w prysznicu i kranach!• Wgospodarstwachdomowychnajwiększe ilości wody są marnowane poprzez spłukiwanie toalet. Stosuj wydajne, wieloetapowe spłuczki toaletowe!• Niemyjnaczyńpodbieżącąwodą,alenamaczaj je. W ten sposób łatwiej je także umyć!

Biomimetykaž:naśladowanie natury

zwierzęta żyjące w suchych siedliskach dostosowały się

do tego typu okoliczności. na przykład w afryce mieszka unikalny

insekt, który wykorzystuje swoje maleńkie mikrowłókna grzbietowe,

by gromadzić wodę w ciele z porannych oparów w powietrzu. to sprytne rozwiązanie zainspirowało

naukowców, którzy już pracują nad działającą na podobnej zasadzie

samonapełniającą się wodą butelką - butelka pokryta jest specjalnym

materiałem nanotechnologicznym, który kieruje wilgoć z powietrza do

środka butelki

Szereg rur, kanałów i przepompowni obsługiwanych przez publiczne sieci wodociągowe musi dostarczyć do naszych kranów codziennie odpowiednie ilości wody. na zapotrzebowanie wpływa przyrost naturalny oraz wzrost diety opartej na wodzie, gdyż część populacji wybiera zachowania oparte na coraz większej konsumpcji wody.

Wraz z wzrostem populacji rośnie liczba ludzi, których należy wyżywić. niewiele osób wie, że produkcja upraw i zwierząt domowych odpowiada za większość konsumpcji wody przez człowieka - rolnictwo zużywa 80% globalnych zasobów słodkiej wody, co oznacza, że to właśnie w tym obszarze konieczne są istotne ograniczenia zużycia wody .

z tego powodu wiele badań i przyszłościowych eksperymentów poszukuje odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób produkować wystarczające ilości żywności, wykorzystując jednocześnie mniej wody. Więcej szczegółów na ten temat prezentujemy w naszym artykule zatytułowanym „Więcej żywności z mniejszej ilości wody”.

W związku z szybką urbanizacją zapewnienie wody w wielkich miastach staje się coraz większym wyzwaniem. Bez wody nie istniałby lokalny biznes ani przemysł. gaszenie pożarów, parki miejskie i ogólnodostępne baseny wymagają ogromnych ilości wody.

Woda to podstawa nowoczesnego życia

W jaki sposób woda jest wykorzystywana doprodukcji twojego ulubionego pożywienia?

1 kromka chleba = 48 litrów wody

1 hamburger = 2393 litrów wody

1 plasterek sera = 152 litrów wody

1 tabliczka czekolady = 1720 litrów wody

1 jabłko = 82 litrów wody

1 filiżanka kawy= 132 litrów wody

1 kawałek pizzy = 1216 litrów wody

1 kg wołowiny= 15 415 litrów wody

9

Czy wiedziałeś, że...

dlatego człowiek od dawna próbuje odsalać wodę morską, by uzdatnić ją do picia. prostą destylację stosowano już w iV wieku p.n.e., ale złożony proces wielokrotnego gotowania wody oraz schładzania i kondensacji wytworzonej w ten sposób pary wymaga znacznych ilości energii.

Budowniczowie przyszłych wielkich miast są zgodni, że nowoczesne megalopolis muszą przetwarzać wody opadowe na różne sposoby. azja południowo-Wschodnia posiada prawdopodobnie najdłuższą tradycję w zakresie wykorzystywania wód opadowych. Słynny japoński drapacz chmur w tokio, Skytree, który ma 634 metrów wysokości i jest drugim najwyższym budynkiem świata, został wyposażony na niższych poziomach piwnicznych w ogromne cysterny mogące pomieścić około 2 600 metrów sześciennych wód opadowych. to sprytne rozwiązanie oznacza darmową wodę do chłodzenia ogromnego budynku oraz spłukiwania toalet.

poza tym zielone dachy na budynkach w mieście tworzone są nie tylko ze względów estetycznych. Większość z nich to innowacyjne systemy zarządzania wodami opadowymi, które jednocześnie poprawiają bilans energetyczny budynku, jakość powietrza oraz stopień ekologii miejskiej. zielone dachy są w stanie wchłaniać i przetwarzać wody opadowe, z kolei część zanieczyszczeń kumuluje się w ziemi ogrodniczej. intensywny zielony dach może zatrzymać do 75% opadów atmosferycznych i w ten sposób ogranicza także spływanie wody z dachu oraz ilość wód opadowych wpływających do kanalizacji ściekowej.

Membrany ultrafiltracyjne Multibore® opracowane przez podmiot zależny niemieckiej firmy BaSF okazały się już skuteczne w wielu zakładach odsalania. Membrana stanowi bezpieczną barierę przed zawiesinami stałymi, bakteriami, wirusami i innymi mikroorganizmami oraz zapewnia stale wysoki poziom jakości przesączu, nawet w przypadku różnego składu pierwotnej wody.

Bardziej ekonomiczna forma odsalania oparta jest na osmozie odwróconej, w której woda morska przeciskana przez półprzepuszczalną membranę pod wysokim ciśnieniem i w efekcie traci sól. W poprawie skuteczności tej operacji istotną rolę odgrywa chemia.

Woda morska wybawcą ludzkości?Morza i oceany to największe zbiorniki wodne na ziemi,

zgodnie z prognozami opracowanymi przez global Water

intelligence (gWi) w 2025 roku

14% populacji na świecie będzie zaspokajać swoje zapotrzebowanie na wodę poprzez odsalanie wody morskiej. aktualnie jest to zaledwie

1%. obecnie w 120 krajach na

świecie działa 17 000 zakładów odsalających, ale oczekuje się, że ich

liczba znacznie wzrośnie.Błogosławieństwoz niebios

?aktualnie większość wód opadowych wykorzystywana jest w Chinach i Brazylii. W tych krajach wody opadowe gromadzone na dachach budynków wykorzystywane są jako woda pitna, woda do użytku w gospodarstwie domowym, woda dla inwentarza żywego, woda do nawadniania niewielkich powierzchni oraz jako sposób na uzupełnienie poziomu wód gruntowych.

•

10

innowacyjne oczyszczanie wody problemy rodzi nie tylko mała ilość wody, ale także jej niska jakość.

Sytuacja jest szczególnie dramatyczna w miastach krajów wschodzących i rozwijających się. na przykład w Buenos aires rzeki są bardzo zanieczyszczone. W kalkucie w indiach ludzie walczą z zanieczyszczeniem fekaliami oraz zwiększoną koncentracją arszeniku w wodach gruntowych. alarmująca jest także sytuacja w Chinach, gdzie zanieczyszczonych jest 90% wód gruntowych w miastach.Wielkim wyzwaniem dla deweloperów jest opracowanie procedur, które z jednej strony ograniczą poziom zanieczyszczeń odprowadzanych do wód, a drugiej strony umożliwią efektywne oczyszczanie już zanieczyszczonej wody.niemiecka fi rma chemiczna BaSF oferuje różnorodne rozwiązania

oczyszczania wód w kilku obszarach. emulsję kationową zetag® można stosować do oczyszczania ścieków przemysłowych, a także w wielu sytuacjach wymagających oddzielenia substancji stałych od płynnych. jej wysoka masa cząsteczkowa przynosi doskonałe wyniki techniczne prowadzące do obniżenia kosztów oczyszczania ścieków. ta szybko działająca ciecz jest przede wszystkim wykorzystywana do oczyszczania ścieków w przemyśle papierowym, tekstylnym i skórzanym, a także żywnościowym oraz w browarach.Membrana Multibore®, która została opracowana przez jeden z podmiotów zależnych fi rmy BaSF, nadaje się do oczyszczania ścieków, a w szczególności do ich fi ltrowania. Woda przeciskana jest

przez bardzo maleńkie 20-nanometrowe pory, które są trzy tysiące razy mniejsze od ludzkiego włosa. Metoda ta promuje zdrowie i czystość w świecie naprawdę mikroskopijnych wymiarów. po przefi ltrowaniu uzyskiwana jest homogeniczna ciecz. Firma BaSF wyprodukowała także swoją rewolucyjną ultra-membranę fi ltracyjną w przenośnym systemie oczyszczania wody, LifeStraw Family, która jest w stanie oczyścić zanieczyszczoną wodę, odfi ltrowując wirusy i bakterie. W ten sposób można nawet oczyścić wodę pochodzącą z brudnych kałuż, stawów lub rzek. System ten był już kilkakrotnie wykorzystywany w miejscach katastrof naturalnych od 2008 roku, zapewniając potrzebującym wodę pitną.

około

2,5 miliarda ludzi cierpi z powodu spożycia zanieczyszczonej wody i ma

problemy z codzienną podażączystej wody.

Na całym świecie

80%ścieków miejskich jest odprow-

adzanych bezpośrednio do rzek, jezior i mórz bez żadnego

oczyszczania.

Czy wiedziałeś, że ... ? WSKAZÓWKAMycie samochodu bez wody? !

do oczyszczania ścieków wykorzysty-wane są także tak zwane żyjące ma-szyny. W tego typu systemach za roz-pad zanieczyszczeń odpowiadają nie tylko bakterie, ale także społeczność ekologiczna ok. 2-3000 gatunków, w tym glonów, ślimaków, małż, krabów, roślin i ryb. organizmy te konsumują zanieczyszczenia jak pożywienie i wbu-dowują je w swój własny organizm.

do umycia jednego samochodu marnotrawionych jest 200 litrów wody. jednak już teraz istnieją metody mycia samochodu bez użycia wody, wykorzystujące łagodne substancje chemiczne lub parę. Szukaj tego typu rozwiązań pozwalających oszczędzić wodę w codziennym życiu!

• •

11

Chemia wody Woda jest bardzo uniwersalnym materiałem

Woda jest bardzo uniwersalnym materiałem - jest doskonałym rozpuszczalnikiem, większość z istotnych procesów z punktu widzenia życia odbywa się w roztworze wodnym, jest także częstą substancją reagującą. pod wieloma względami woda zachowuje się różnie - na przykład maksymalna gęstość woda osiąga w temperaturze około 4 stopni Celsjusza. to dlatego góry lodowe unoszą się na powierzchni wody i to dlatego żywa woda zamarza z góry na dół. inna szczególną cechą wody jest lepkość lub tarcie wewnętrzne, które nie zmienia się liniowo wraz z ciśnieniem - najpierw spada, a następnie rośnie. Lepkość wody jest względnie duża i spada znacząco wraz z wzrostem temperatury.

WSKAZÓWKAMycie samochodu bez wody?

Czy wiedziałeś, że ... ?gdzie łatwiej jest pływać? zimna woda jest bardziej lepka, więc trudniej jest się w niej poruszać. jednak ze względu na jej większą gęstość w zimnej wodzie łatwiej jest unosić się na powierzchni.

Woda posiada także unikalną cechę, zgodnie z którą ze względu na wysokie napięcie powierzchniowe krople wody są kuliste.

Woda jest w stanie wchłaniać, przechowywać i uwalniać duże ilości ciepła. Właściwość ta jest także

wykorzystywana w przemyśle. ze względu na swoją rolę dotyczącą kompensacji klimatycznych ma jednak także istotne znaczenie w naturze.

W kontekście chemicznym woda destylowana to czysta forma wody niezawierająca substancji rozpuszczonych ani elementów śladowych znajdujących się w naturalnych składnikach wód mineralnych. Spożywanie w dużych ilościach odjonizowanej wody (lub wody z niską zawartością jonów ) nie jest zdrowe, gdyż z organizmusą „wymywane” istotne jony.

•

12

Czyste powietrze – przy użyciu metod naukowychjedną z najpoważniejszych konsekwencji rozwoju urbanizacji jest zanieczyszczenie powietrza, które w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat stało się prawdziwym zmartwieniem. naukowcy pracują nad różnymi metodami zapewniającymi wystarczającą ilość czystego powietrza dla ludzi żyjących w obszarach miejskich, wspierając tym samym zrównoważony rozwój zajmujących coraz większe obszary metropolii.

Większość czynności wykonywa-nych przez człowieka wiąże się ze zużyciem energii i w konsekwen-cji zanieczyszczeniem powietrza - elektrownie, produkcja prze-mysłowa, rolnictwo, ogrzewanie domów oraz transport, wszystkie te działania emitują do powietrza szkodliwe materiały oddziaływujące nie tylko na zdrowie człowieka, ale także na atmosferę naszej planety. tak zwane gazy cieplarniane, takie jak dwutlenek węgla (Co2) i metan (CH4) tworzą wokół ziemi pewnego rodzaju powłokę, która zatrzymuje ciepło – ciepło z odbitych promie-ni słonecznych nie może w pełni opuścić atmosfery, co prowadzi do ocieplenia i globalnej zmiany klimatu. Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze ziemi jest stałe. ilość dwutlenku węgla w powietrzu jest od dłuższego czasu utrzymywana w równowadze, chociaż zawsze zdarzają się wahania. z powodu działalności człowieka, począwszy od zeszłego wieku równowaga ta ulega przesunięciu, a naukowcy twierdzą obecnie, że ilość dwutlen-ku węgla jest bardzo blisko granicy, od której nie będzie już powrotu.

za przetwarzanie dwutlenku węgla z powietrza odpowiadają rośliny, które wykorzystują go jako po-żywienie i przekształcają w tlen gazowy, mający żywotne znaczenie dla przetrwania istot żywych, w tym ludzi. jednak problem polega na tym, że ilość roślin na ziemi nie-przerwanie się kurczy. W związku z rozwojem miast oraz produkcją drewna wykarczowano 7 milionów

hektarów lasów, co także zaburza równowagę.

poza obciążeniem środowiska zanieczyszczenie powietrza jest wyjątkowo szkodliwe dla zdrowia ludzi. do powietrza dostaje się tak-że szereg innych niebezpiecznych i wywołujących choroby materia-łów pochodzących na przykład ze spalin samochodowych. W przy-padku wysokiego stężenia tlenków azotu (tlenku azotu (no) i dwutlenku azotu (no2)) w powietrzu w wyniku światła słonecznego wytwarzany jest ozon, który wraz z węglowodo-rami i cząstkami stałymi prowadzi do powstawania nad miastami smogu fotochemicznego. Według szacunków Światowej organizacji zdrowia (WHo) rocznie z powodu zanieczyszczenia powietrza umiera 700 tysięcy osób.

SMog nad MiaStaMi Staje Się zjaWiSkieM StałyM

Czy wiedziałeś,że...

Czy wiedziałeś,że...

?Chociaż lasy deszczowe zwane są płucami ziemi, większość tlenu produkuje plankton i glony wodne żyjące w oceanie. tak więc na stan powietrza w istotnym stopniu wpływa także zanieczyszczenie wód.

•

?za globalne ocieplenie odpowiada także bydło, gdyż w jelitach przeżuwaczy generowane są duże ilości metanu. produkcja jednego kilograma wołowiny dodaje 36 kg dwutlenku węgla do całkowitej ilości gazów cieplarnianych – tyle samo, ile zanieczyszczenie powietrza powodowane przez średni europejski samochód na trasie250 km.

•

13

Światowa ekologiczna mapa zasięgu wyraźnie pokazuje, że zanieczyszczenie środowiska jest największe w obszarach gęsto zaludnionych. Źródło: http://environment.nationalgeographic.com/environment/energy/great-energy-challenge/global-footprints/

największym wyzwaniem wydaje się być ograniczenie ilości dwutlenku węgla, co można osiągnąć na dwa sposoby. z jednej strony możemy znacząco ograniczyć emisję. aktualnie nie wydaje się to realne. nawet pomimo podjęcia istotnych kroków w celu zmniejszenia zużycia paliw kopalnych oraz rozpowszechnienia innych źródeł energii, ich skutki nie są wystarczające, by znacząco zmienić poziomy zanieczyszczenia powietrza w ciągu kilku kolejnych lat. innym rozwiązaniem jest znalezienie sposobu na wykorzystanie dwutlenku węgla poprzez jego pozyskanie z powietrza. tysiące naukowców pracuje już nad takimi rozwiązaniami, a uzyskane do tej pory wyniki są obiecujące.

Fakty i dane

50%, tj. połowa ludzkości, jest codziennie narażone na różnego poziomu zanieczyszczenie powietrza.

14

poSkroMienie Wroga

dWutLenek WęgLa jako WyBaWCa zieLonej energii

podejmowane są różnego rodzaju próby wykorzystania dwutlenku węgla, od procesów na małą skalę po duże rozwiązania przemysłowe. niewiele ludzi wie, że przemysł chemiczny już teraz przetwarza znaczne ilości Co2. oznacza to, że dwutlenek węgla wytwarzany w produkcji przemysłowej – głównie poprzez spalanie lub reakcje chemiczne – nie jest uwalniany do powietrza, ale po uprzednim oczyszczeniu jest wykorzystywany na różne sposoby. dwutlenek węgla wytwarzany w tego typu procesach jest wykorzystywany do produkcji gazowanej wody mineralnej, ale także do pakowania w atmosferze modyfikowanej, produkcji plastiku, jako materiał bazowy do wytwarzania nawozów sztucznych, a nawet w medycynie.

Fakty i dane

jak ogólnie wiadomo, metan (główny składnik gazu węglowego) dobrze magazynuje energię i można go łatwo wprowadzić do istniejącej sieci gazu ziemnego oraz w razie potrzeby wykorzystać. Metoda ta jest więc oszczędnym sposobem na przechowywanie zielonej energii.

Ludzie na całym świecie w ciągu roku wytwarzają ponad 30 miliardów ton metrycznych Co2.

Co2 + 4H2 CH4 + 2H2o

Chociaż w pierwszej chwili może się to wydawać dziwne, Co2, który uznawany jest za szkodliwy, może także przyczyniać się do poprawy skuteczności odnawianych źródeł energii. obecnie odnawialne źródła energii czasami wytwarzają więcej energii niż można w danym momencie wprowadzić do sieci. przechowywanie tak wygenerowanej nadwyżki energii jest niezwykle kosztowe i czasami niemożliwe. problem ten może rozwiązać nowy proces chemiczny zwany systemem „power-

to-gas” (p2g), którego jednym z kluczowych elementów jest efekt cieplarniany dwutlenku węgla. poprzez procesy fizyczne i chemiczne nadwyżka energii mogłaby zostać w dwuetapowym procesie wykorzystującym Co2 jako substancję reagującą przekształcona w gaz naturalny (metan). na pierwszym eta-pie nadwyżkowa zielona energia jest wykorzystywana do przekształcenia wody (H2o) w wodór (H2) i tlen (o2). Wodór następnie reaguje z Co2 i powstaje gaz metanowy (CH4).

15

naŚLadoWanienatury: SztuCzny LiŚć

doBry BizneS - WykorzyStanie dWutLenku WęgLa do produkCji paLiWa

dWutLenek WęgLa jako gaz SyntetyCzny

dwutlenek węgla można wykorzystać do produkcji metanolu, który następnie można zastosować jako paliwo poprzez tak zwaną metodę neutralną pod względem emisji dwutlenku węgla. islandzka firma otworzyła swój pierwszy zakład produkujący metanol z Co2 poprzez zastosowanie jako naturalnego źródła energii geotermalnej pochodzącej z gorących źródeł. Firma planuje w przyszłości wytwarzać z dwutlenku węgla nawet 50 milionów litrów tego alkoholu rocznie. Można go na przykład wykorzystać do generowania energii w ogniwach paliwowych lub dodać jako domieszkę do benzyny.

istnieją także inne rozwiązania umożliwiające wykorzystanie dwutlenku węgla jako paliwa. trzy niemieckie firmy – BaSF, Linde i thyssenkrupp – rozpoczęły ostatnio projekt mający na celu wytworzenie gazu syntetycznego z dwutlenku węgla i wodoru w innowacyjnym dwuetapowym procesie. na pierwszym etapie nowa wysokiej temperatury technologia przetworzy gaz ziemny w wodór i węgiel. W porównaniu do innych procesów technologia ta generuje bardzo niewielkie ilości Co2. następnie, by uzyskać gaz syntetyczny, wodór jest łączony w reakcję z dużymi ilościami Co2 (pochodzącymi z innych procesów przemysłowych). gaz ten stanowi kluczowy surowiec dla przemysłu chemicznego i nadaje się także do produkcji paliw.

W tym roku młody naukowiec julian Melchiorri stworzył sensacyjny wynalazk umożliwiający neutralizację dwutlenku węgla. Wykorzystując jedwab, specjalne białko i substancję pobraną z glonów, stworzył sztuczny liść, który przeprowadza fotosyntezę w taki sam sposób, jak prawdziwe rośliny. Wyłącznie przy użyciu światła wynalazek ten przekształca dwutlenek węgla z powietrza w tlen. Sztuczny liść wygląda naprawdę niesamowicie i może być wykorzystywany do pokrycia ścian zewnętrznych i wewnętrznych budynków, które dzięki temu stale obniżałyby

emisję dwutlenku węgla w miastach. ze względu na możliwość długoterminowego użytkowania w przestrzeni kosmicznej sztuczny liść może także odegrać istotną rolę w badaniach kosmicznych, gdyż naukowcy nie wiedzą, w jaki sposób rośliny organiczne mogłyby przetrwać i kwitnąć poza atmosferą w sposób potrzebny ludziom, a jeżeli człowiek miałaby skolonizować kosmos, osoby żyjące na innej plancie musiałby wytwarzać swój własny o2. z tego powodu nawet naSa wykazuje zainteresowanie wspomnianym wynalazkiem.

Źródło: Society for Chemical engineeringand Biotechnology (deCHeMa)

110 milionów - z globalnych emisji Co2 aktualnie około 110 milionów ton metrycznych wykorzystywane jest jako wsad chemiczny.

zgod

nie

z na

jnow

szym

i wyn

ikam

i bad

ań n

auko

wyc

h re

cycl

ing

węg

la n

ie

tylk

o zł

agod

ziłb

y po

ziom

zan

iecz

yszc

zeni

a po

wie

trza

, ale

takż

e na

trzy

m

ożliw

e sp

osob

y m

ógłb

y ro

zwią

zać

kryz

ys d

otyc

zący

źró

deł e

nerg

ii.

16

oczyszczanie powietrza w dużych ilościachdla celów oczyszczania powietrza nad dużymi miastami stworzono unikalne rozwiązania techniczne. rozwiązania te mogą uwolnić nas od oddziaływania nie tylko dwutlenku węgla, ale także gazów trujących.

na przykład niemiecki wynalazca götz Hüsken zaproponował, aby powierzchnie dróg pokrywać dwutlenkiem tytanu, który w reakcji fotokatalitycznej – na skutek działania promieni uV ze światła słonecznego – doprowadziłby do rozpadu zanieczysz-czającego powietrze dwutlenku azotu. dzięki takiemu rozwiąza-niu poziom tlenku azotu w powietrzu zostałby obniżony nawet o 45%.

Wynalazek holenderskiego wynalazcy daana roosegaarde prawie dosłownie „odkurzy” niebo nad miastami. roosegaarde planuje masowe wprowadzenie serii parków, które ukrywałyby

szereg miedzianych zwojów wykorzystujących, podobnie jak oczyszczacze powietrza, statycznie naładowane dodatnie po-wierzchnie do odkurzenia cząstek sadzy z atmosfery. gdy pro-jekt pilotażowy zostanie uruchomiony w tym roku, oczekuje się, że powstanie prawie 40-metrowa dziura czystego powietrza, a zanieczyszczenie spadnie o około 75 procent. Wynalazca ma także plany gromadzenia sadzy oraz przetworzenie jej części w sztuczne diamenty, co jest alchemiczną sztuczką robiącą prawie takie samo wrażenie, jak zasysanie smogu. jeżeli plan ten powiedzie się, pekin zostanie oczyszczony ze smogu zgodnie z założeniami do 2017 roku.

17

W tym celu stworzono kilka innowacyjnych części samochodowych, w tym opracowane przez fi rmę BaSF przyjazne dla środowiska katalizatory, które są z powodzeniem wykorzystywane w setkach tysięcy samochodów. W trakcie pracy w fi ltrze zainstalowanym w systemie wydechowym pojazdu zachodzi złożona reakcja chemiczna. W trakcie tego procesu trzy kluczowe związki w systemie emisji (węglowodór, tlenek węgla i dwutlenek azotu) są prawie w całości przekształcane w dwutlenek węgla, azot i wodę. dobrze znana spółka przemysłu chemicznego aktualnie pracuje

nad stworzeniem katalizatorów także dla silników diesela oraz motocykli, co pomoże uzyskać bardzo niskie poziomy emisji. jej najnowszym rozwiązaniem służącym ograniczeniu zanieczyszczenia powietrza jest opatentowana powłoka katalizatora premair®, która przekształca ozon na poziomie ziemi – główny składnik smogu – w tlen. Wraz z przepływem powietrza ponad powlekaną chłodnicą pojazdu premair® katalizuje reakcję, która przekształca ozon w tlen. proces ten bazuje na dużych ilościach powietrza przechodzących przez chłodnicę pojazdu.zanieczyszczenie powietrza przez

pojazdy ulega także znacznemu zmniejszeniu przy przejściu z paliw kopalnych na paliwa alternatywne. aktualnie wiodącą alternatywą dla tradycyjnych pojazdów silnikowych są samochody elektryczne i hybrydowe. jednak badacze tworzą także samochody zasilane wodą (a konkretnie wodorem powstałym z rozkładu wody) lub sprężonym powietrzem. Więcej informacji na temat przyszłości transportu przedstawiono w artykule zatytułowanym „nowe perspektywy w transporcie”.

noWoCzeSne pojazdy = CzyStSze poWietrze

transport generuje 30 procent

zanieczyszczenia powietrza. taką samą ilość powietrza można

poprawić poprzez ograniczenie emisji samochodowych.

18

„CHeMia poWietrza”

powietrze to znacznie bardziej złożony system niż myślimy. jego głównymi składnikami są azot (78%) i tlen (21%), ale zawiera ono także kilka składników gazowych o stężeniu stałym lub zmiennym pochodzących z różnego rodzaju źródeł naturalnych i sztucznych. na przykład dwutlenek siarki (So2) może pochodzić z aktywności wulkanicznej, gazów spalinowych, a także spalania węgla. Spalanie węgla zawsze powoduje wzrost stężenia dwutlenku siarki w okresie zimowym, co przyczynia się do zwiększonej liczby ataków astmy.

powietrze zawsze zawiera parę wodną i krople wody, w których wyżej wymienione gazy ulegają rozpuszczeniu, co

przyczynia się do powstawania kwaśnych deszczy, a także wielu innych reakcji z rozpuszczalnymi gazami.

W zimniejszych regionach w powietrzu mogą być obecne także niewielkie kryształki lodu. powierzchnia kryształków lodu jest doskonałym katalizatorem sprzyjającym rozpadowi ozonu.

poza innymi substancjami stałymi najbardziej niebezpiecznymi dla zdrowia są (nieosadzające się) cząstki stałe, w szczególności pM2,5, tj. cząstki o średnicy mniejszej niż 2,5 mikrona. dostają się one do płuc i przenoszą do organizmu uczepione na ich powierzchni zanieczyszczenia metalowe i organiczne.

+ +N(78%) (21%)

SO 2O2

19

20

nowoczesne miasta przyszłościgwałtowny wzrost populacji świata przyczynił się do wzrostu liczby i powierzchni miast. obliczenia pokazują, że do 2050 roku 75% ludzkości będzie żyć w ogromnych megalopolis. ten przewidywalny proces uruchomił między naukowcami dyskusje na temat miast nadających się do zamieszkania. Badacze opracowują nowe technologie mające pomóc nam w przyszłości w życiu w innowacyjnym i zrównoważonym środowisku miejskim, które jednocześnie zaspokajałyby także potrzeby społeczne.

noWe Spojrzeniena MiaSta

z reguły uważamy, że to fabryki i zakłady przemysłowe odpowiadają za zanieczyszczenie środowiska oraz rosnące potrzeby energetyczne, ale tak nie jest. odpowiedzialność za to ponoszą duże miasta. Może trudno w to uwierzyć, ale duże miasta zużywają dwie trzecie całkowitych światowych zasobów energii. aktualnie najbardziej zaludnionym miastem na świecie jest tokio, gdzie mieszka prawie 13 milionów ludzi, tj. 10% populacji japonii. powyższe fakty nie stanowią już zaskoczenia, nieprawdaż? Badacze stawiają sobie przede wszystkim pytanie, jakiego rodzaju zmiany pomogłyby w ograniczeniu zużycia energii w tak wielkich miastach oraz jak sprawić, aby te zatłoczone miejsca nadawały się w większym stopniu do życia. Wiele rozwiązań dotyczy budynków. ogromne drapacze chmur

były do tej pory jedynie ciekawostką architektoniczną, którą podziwiano wyłącznie ze względu na wysokość. jednak budynki nowej generacji są inne. na przykład gigantyczny drapacz chmur w Londynie, tzw. Shard, jest nie tylko budynkiem handlowo-biurowym działającym jedynie za dnia, ale także „pionową wioską”, gdyż mieści zarówno apartamenty, restauracje jak i hotel. najwyższy budynek świata, 828-metrowy Burj khalifa w dubaju, oferuje jeszcze więcej - apartamenty, skwery, parki, restauracje, hotele i sklepy, wszystko w tym samym obiekcie. jeden budynek łączy wszystkie formy socjalizacji, więc chcąc napić się filiżanki kawy, nie trzeba wychodzić na ulicę do kawiarni, wystarczy skorzystać z windy i udać się na odpowiednie piętro.

Aktualnie najbardziejzaludnionym miastemna świecie jest Tokio,gdzie mieszka prawie

13 milionówludzi, tj.

10% populacjiJaponii.

21

MiaSto MaSdar najbardziej nastawione na ochronę środowiska eko miasto budowane jest w emiratach arabskich. Miasto to będzie zużywać jedną czwartą energii i wody wy-korzystywanej przez podobnych rozmiarów miasto. W ciągu 25 lat pozwoli to zaoszczędzić 2 miliardów ton ropy naftowej. W jaki sposób to możliwe? zgodnie z planami nad miastem skonstruowany zostanie ogrom-ny przypominający parasol panel słoneczny, który wytwarzać będzie energię w ciągu dnia i zamykać się na noc. urządzenie to pomoże zaoszczędzić około175 000 ton metrycznych Co2 rocznie. poza projektem elektrowni słonecznej Masdar opracowuje także jedną z największych na świecie lądowych farm wiatrowych. oczywiście dodatkowy nacisk kładziony jest na mate-riały budowlane wykorzystujące innowacyjne rozwiąza-nia budowlane firmy BaSF. na przykład alternatywę dla klimatyzacji mogą stanowić zmiennofazowe materiały w tynkach i płytach lub polistyren i poliuretan wyko-rzystywane do produkcji pianek izolacyjnych. ponadto czarne pigmenty stosowane w powłokach dachowych wchłaniają wyłącznie niewielkie ilości promieni podczer-wonych i tym samym chronią ciemne powierzchnie przed nagrzaniem. poza oszczędnościami w zużyciu energii odpady są sortowane i przetwarzane, a odpady organiczne będą wykorzystywane jako kompost. Mia-sto wprowadza także przyjazne środowisku koncepcje transportowe. W momencie całkowitego zakończenia budowy w 2025 roku miasto będzie zamieszkiwane przez 40 000 ludzi oraz dodatkowo obsługiwać 50 000 osób dojeżdżających do pracy.

projektanci nie tylko planują innowacyjne budynki, ale także projekty wielkości miast. W korei południowej na powierzchni 610 akrów zbudowano strefę biznesową Songdo international Business zone, która zgodnie z planami ma stanowić najbardziej zaawansowane na świecie i przyjazne środowisku miasto high-tech mieszczące domy mieszkalne, szkoły, szpitale, budynki biurowe i obiekty kulturalne. jest to pierwsze na świecie w całości zinformatyzowane miasto, gdzie wszystko od zakupów spożywczych po badania lekarskie można wykonać zdalnie z sieci komputerowej. 40% powierzchni miasta stanowić będą tereny zielone, a ruch pieszych i ruch rowerowy nabierze istotnego znaczenia. poza aspektami estetycznymi parki zapobiegać będą tworzeniu się miejskich wysp cieplnych - budynki powodują wzrost temperatury, co prowadzi do pogorszenia jakości powietrza. Całe miasto budowane jest zgodnie z zasadami ekologii, które obejmują rosnące zielone dachy zapobiegające odpływowi opadów deszczowych i promujące bioróżnorodność, oszczędne sygnalizacje świetlne wyposażone w żarówki Led i nawet system podziemnego gromadzenia odpadów eliminujący potrzebę korzystania ze śmieciarek. plany inteligentnego miasta uwzględniają niewielkie odległości oraz wyszukany system recyclingu, a także przyjazny środowisku system transportu lokalnego. do sieci wodociągowej wprowadzana zostanie odsolona woda morska i woda przetworzona, która zaspokoi połowę zapotrzebowania miasta na wodę. podobne ekologiczne miasta są już w budowie w Chinach i indiach.

Poza luksusowym sąsiedztwem projektanci myślą także o slumsach pozbawionych elektryczności i czystej wody, które są w dużym stopniu narażone na działanie sił natury. Innowacje umożliwiają szybkie i tanie stawianie konstrukcji, a stabilne i elastyczne obiekty pozwalają zapewnić ludziom bezpieczne domy. Na przykład w mieście Meksyku przy użyciu dodatków do betonu firmy BASF, które znacząco skracają czas konieczny do związania betonu, co jednocześnie przyczynia się do zmniejszenia kosztów budowy, wybudowano 10 000 nowych domów.

One World Trade Center

W 2013 roku w Nowym Jorku ukończono jeden z największych w Ameryce oraz na świecie drapacz chmur,

który liczy 541 metrów.

Przy wykorzystaniu zielonej technologii BASF stworzono solidną i trwałą konstrukcję. Green Sense Concrete przyniósł oszczędności dla środowiska w wysokości

ponad 113 500 litrów słodkiej wody, które wystarczyłyby do napełnienia

6000 wanien.

Dzięki nowej technologii można zaoszczędzić osiem milionów kilowatogodzin energii, czyli prawie

340 000 kilogramów paliw kopalnych, oraz zapobiec emisji CO2 przekraczającej znacznie 5 milionów kilogramów.

22

terraForMoWanie – przenieŚMySię na inną pLanetę!

BudoWy przySzłoŚCi

Ludzkość zdaje sobie sprawę, że zaczyna brakować nam ziemi i dlatego poszukujemy nowych miejsc do życia na innych ciałach niebieskich. do tej pory zwrot terraformowanie wyko-rzystywany był głównie w filmach science fiction, ale istnieje możliwość, że w przyszłości, wykorzystując wynalazki nauki i technologii, człowiek będzie w stanie zmienić atmosferę, tem-peraturę i topografię planet, by przystosować je do życia istot ludzkich. Wśród aktualnie znanych planet to Mars wydaje się z

tego punktu widzenia najodpowiedniejszy – pomimo faktu, że średnia temperatura wynosi tam -60 stopni i jest mniej światła. zdeterminowane grupy badawcze już opracowały wielostopnio-we plany realizacji. po pierwsze, należy podwyższyć tempera-turę, co spowodowałoby stopnienie lodu i uwolnienie dwutlenku węgla związanego w glebie. Lustra umieszczone na orbicie wokół Marsa mogłyby dodatkowo zwiększyć efekt cieplarniany. ponadto zasadzono by rośliny, które produkowałyby tlen.

dzięki świadomości środowiskowej i energetycznej znaczenia nabierają innowacyjne rozwiązania architektoniczne, gdyż główną przyczyną zanieczyszczenia powietrza w dużych miastach zamieszkiwanych przez miliony mieszkańców jest emisja substancji zanieczyszczających pochodzących ze zużycia energii w gospodarstwach domowych. rozwiązaniem tego problemu są coraz powszechniejsze tak zwane domy pasywne. Są to szczególne budynki wybudowane z materiałów ekologicznych i przy użyciu technologii przyjaznych dla środowiska, które przyczyniają się do ograniczenia znacznych ilości energii oraz zanieczyszczenia środowiska. proces ten można w najlepszym stopniu osiągnąć poprzez ograniczenie lub całkowite wyeliminowanie instalacji grzewczej, którą zastępują nowoczesne materiały izolacyjne. jednym z tego typu materiałów jest pianka izolacyjna neopor firmy BaSF, która różni się od pozostałych

podobnie wykonanych materiałów izolacyjnych, ponieważ zawiera cząstki grafitu spienione z poliystyrenem odbijającym promieniowanie cieplne. istotne jest, że nie zawiera ona fluorowcowanych węglowodorów, przez co jest bardziej ekologiczna. Wydajność izolatorów wykonanych z tego materiału wzrasta o 20%. aby zapobiec ucieczce ciepła przez okna, opracowano system specjalnych plastikowych okien z trzema szybami, który zapewnia o 20% lepszą izolację, jeżeli na szybie umieszczona zostanie zawierające specjalne pigmenty powłoka foliowa firmy BaSF. poza izolacją termiczną istotna jest także metoda wykorzystania ciepła. jeżeli kiedykolwiek widzieliście tego typu budynek, prawdopodobnie zauważyliście panele słoneczne umieszczone na dachach. ale poza zastosowaniem energii słonecznej w systemach grzewczych wykorzystywane jest także ciepło pochodzące z ziemi.

23

ŚCiana przeCHo-WująCa Ciepło

Brzmi to niewiarygodnie, ale firma BaSF także na to znalazła rozwiązanie! Wewnątrz płyt kartonowych umieszczany jest materiał zmiennofazowy, który absorbuje ciepło w ciągu dnia i zużywa je w nocy. jak to możliwe? Ciepło jest pobierane i następnie uwalniane przez mikrokapsułkowaną parafinę. Materiał topi się w temperaturze 23-26 stopni i w związku ze zmianą stanu skupienia pochłania ze środowiska znaczne ilości ciepła. W ten sposób temperatura w pomieszczeniu utrzymuje się na tym samym poziomie. później w ciągu nocy wraz ze spadkiem temperatury parafina twardnieje i wydziela zmagazynowaną energię termiczną do środowiska.

rozwój nigdy się nie kończy – zgodnie z ostatnimi badaniami ultranowoczesne materiały izolacyjne będą w stanie przekształcić nawet fale dźwiękowe w ciepło. poza innowacyjnymi materiałami budowlanymi naukowcy pomyśleli także o wyglądzie domów. Wykorzystując nanotechnologię, wynaleźli specjalną warstwę ochronną, która zapobiega przyklejaniu się cząstek do powierzchni, przez co na ścianach zewnętrznych budynków nie gromadzą się żadne zanieczyszczenia. Farba ścienna firmy BaSF ma właściwości hydrofilowe, co oznacza, że przyciąga wodę. W efekcie w przypadku ulewnego deszczu krople rozkładają się na powierzchni ściany

i natychmiast zmywają przylegający brud. po deszczu przylegająca cienka powłoka wodna szybko paruje, zapobiegając tym samym tworzeniu się pleśni i glonów.dzięki nanotechnologii w przyszłości nie będziemy potrzebować także okiennic, ponieważ wynajdywane są coraz inteligentniejsze szyby, które transmitują światło, a nie ciepło. W jednym z eksperymentów pomiędzy dwiema szybami umieszczono specjalny żel, w innym do materiału szklanego wmieszano różne związki, takie jak halogenki srebra, które ciemnieją w zależności od intensywności światła, ale w tym przypadku

ciepło przedostaje się przez szkło. Badania są na tak zaawansowanym etapie, że opracowano tlenek niobu wzbogacający strukturę szkła, w której umieszczono nanokryształki tlenku cynowo-indowego. tego typu połączenie umożliwia wyodrębnienie i uregulowanie rozproszenia widocznego światła i ciepła podczerwieni, co latem uniemożliwia, a zimą pozwala na przedostawanie się przez szybę podczerwonych promieni cieplnych do pomieszczenia. Może to znacząco ograniczyć zużycie energii. do tej pory produkcja tego typu technologii jest bardzo droga, ale istnieje możliwość, że w przyszłości stanie się realniejsza.

24

Czy wiedziałeś, że ...?Biomimetyka to połączenie biologii z inżynierią. Jej głównym celem jest kopiowanie wynalazków natury poprzez obserwację struktur i mechanizmów organizmów. Architekci chętnie badają strategie budowlane terminów, gdyż te maleńkie stworzenia są w stanie wybudować kopce z otwieranymi i zamykanymi kominami chłodzącymi i grzewczymi, w których mogą hodować swoje główne niezwykle wrażliwe na temperaturę pożywienie, tj. grzyby. Powielając tą koncepcję, można znacząco zmniejszyć koszty zużywanej przez budynek energii.

•

planując nowy budynek, projektanci coraz częściej biorą pod uwagę rosnącą liczbę trzęsień ziemi oraz opracowują technologie zapobiegające ich skutkom. kluczowe znaczenie ma budowa ścian odpornych na drgania, co można osiągnąć poprzez instalację elastycznych drewnianych i stalowych belek i kolumn. poza tym struktura stalowa wbudowana w podstawę budynku pochłania drgania ziemi. Lekkie domy oraz domy wykonane ze stali nie rozpadną się jak sztywne wykonane z cegieł budynki.

25

inteLigentny Beton

po wodzie beton jest najpowszechniej stosowanym materiałem na świecie, dlatego tak istotne było, aby został opracowany przez firmę BaSF. domieszki i betonowe materiały naprawcze ułatwiły produkcję betonu, który nabrał większej sprężystości i tym samym umożliwia ograniczenie zużycia zasobów i energii. zwiększają one także żywotność budynków oraz skracają czas budowy.

26

noWyWyMiar MeBLi

recycling papieru jest oczywisty na całym świecie. Wystarczy pomyśleć, że, aby wyprodukować tonę papieru, potrzeba 300 ton wody! już teraz można znaleźć książki, papiery i nawet papier toaletowy wyprodukowany z odzysku. pomysł ten ponownie rozważyli projektanci i na półkach pojawiły się papierowe meble. Może brzmi to niewiarygodnie, ale są one trwalsze niż myślicie. nie wspominając już, że transport takich lekkich mebli wymaga znacznie mniej energii, a meble po wyrzuceniu mogą zostać ponownie wykorzystane. ponieważ części mebli są łączone poprzez sklejenie i zaginanie, każdy może je łatwo zmontować u siebie w domu.

Wynalazcy firmy BaSF ponownie

rozważyli stosowanie mebli drewnianych z punktu widzenia ochrony środowiska. opracowali oparty na drewnie materiał zwany kaurit @Light , który sprawia, że płyty drewniane są o 30% lżejsze, a ich nośność nie ulega zmianie. producenci wolą, by nowe panele wykonane były ze sklejki, polimeru piankowego i kleju kaurit@, gdyż są lżejsze, pozwalają obniżyć koszty transportu i obsługi oraz wymagają mniejszej ilości opakowań .

W domach przyszłości coraz większą rolę będzie odgrywał plastik. Materiały wykonane przez człowieka otaczają nas we wszystkich obszarach naszego życia. producenci mebli także lubią ten materiał, ponieważ dzięki technologii przeszedł on innowacyjne zmiany. Firma BaSF

opracowała „ultra” płynny plastik, który dzięki specyficznym nanocząsteczkom jest dwa razy bardziej rozcieńczony w temperaturze 230 stopni niż inne podobne produkty. W ten sposób istnieje możliwość zaoszczędzenia energii w trakcie produkcji. ponadto w trakcie formowania nowy plastik szybko twardnieje, co skraca proces produkcji. z materiału tego wykonano nagrodzone designerskie krzesło Myto. Co więcej, uformowano je z jednego kawałka plastiku, co oznacza, że nie zawiera ono żadnych metalowych śrub. a więc projektanci stworzyli naprawdę ekologiczny, w pełni zdatny do recyclingu mebel o nietypowym kształcie.

Recycling papieru jest oczywisty na całym świecie. Wystarczy pomyśleć, że, aby wyprodukować

papieru

1 tonapotrzeba

wody!300 ton

27

SaMoLeCząCeSię Materiały

Lekki i sztywny materiał zwany titan został utworzony poprzez zagęszczenie paraformaldehydu i oksydianiliny w temperaturze 250 stopni. drugi polimer zwany Hydro to wysoce elastyczny, wytwarzany w niskiej temperaturze żel. obydwa polimery nadają się do recyclingu i są wytrzymałe na działanie rozpuszczalników, jednak w środowisku kwaśnym stają się plastikiem i można je ponownie formować. nie pękają, przez co mogą zrewolucjonizować produkcję samolotów i samochodów, a także cały przemysł elektroniczny. poprzez zmianę ich formy można tworzyć nowe struktury polimerowe, które są również o 50% silniejsze i lżejsze.

naukowcy z wydziału polimerów syntetycznych stworzyli dwa nowe rodzaje polimerów. Są one bardzo silne, posiadają właściwości samoleczące i nadają się nawet do recyclingu.

28

nie MarnujMy odpadóW!

poprzez innowacyjne inicjatywy z zakresu rozwoju urbanistycznego naukowcy starają się podjąć działania zmierzające do stworzenia bardziej zrównoważonego świata, ale ich wysiłki będą bezskuteczne bez zmiany stylu życia ludzkości. Ludzie, głównie mieszkańcy dużych miast, żyją rozrzutnie – zużywają zbyt wiele energii i wody, produkują mnóstwo zbędnych towarów, które generują nadpodaż, przez co wytwarzają ogromne ilości odpadów. na szczęście jest nadzieja, ponieważ „produkty uboczne”, a faktycznie odpady, które wytwarzamy, mogą zostać poddane recyclingowi w dość zaskakujące sposoby. Wystarczy desperacja i kreatywność. W obszarze zarządzania odpadami oraz centralnych oczyszczalniach ścieków także pojawiły się wysokiej technologii zmiany. rozpoczęto także modernizację narzędzi wykorzystywanych w transporcie i przetwórstwie.W unii europejskiej rocznie produkowane jest 1,3 miliarda ton odpadów. W związku z powyższym, aby ograniczyć produkcję odpadów i poddać je recyclingowi, to znaczy

przekształcić w nowe produkty, surowce lub energię, należy opracować i wprowadzić nowe innowacyjne technologie. Celem tego procesu i zaoszczędzenie zasobów ziemi oraz ograniczenie zużycia drewna, wody i energii. aby to osiągnąć, opracowano strategię zarządzania odpadami, z którą wiążą się 3 główne zasady. zobaczmy, co to oznacza! W pierwszej kolejności należy ograniczyć ilość odpadów i, jeżeli to możliwe, unikać ich wytwarzania. kolejnym krokiem jest ponowne wykorzystanie materiałów w pierwotnej lub zmodyfikowanej formie. trzecim etapem jest recycling, co oznacza, że materiał jest wykorzystywany ponownie, jednak w zmienionej formie. Wszystko to są korzystne zielone rozwiązania i, jeżeli ludzie skoncentrują się na ich stosowaniu, możemy uczynić znaczny krok w kierunku rozwiązania problemu. Możemy przyczynić się do tego także w naszym codziennym życiu! Segregowanie odpadów już teraz jest szeroko rozpowszechnione w gospodarstwach domowych, jednak niestety nie każdy traktuje je poważnie.

W Unii Europejskiej

ROCzNIE produkowane jest

ton odpadów

1,3 miliarda

?•

Segregacja odpadów jest znacznie skuteczniejsza niż tradycyjne gromadzenie odpadów, ponieważ umożliwia dalsze przetwarzanie, recycling i odzyskiwanie surowców z odpadów oraz ogranicza ilość odpadów odprowadzanych na wysypiska, a tym samym przedłuża żywotność wysypisk.

Czy wiedziałeś, że...

zgniatanie butelek PET:koszt wysyłki - 75%Ilość uwolnionego CO2 - 50-90%może być zmniejszona ze względu na łatwiejszy transport. Część z nich jest wykorzystywana w przemyśle włókienniczym jako surowce do produkcji ubrań (na przykład polaru).

29

Segregacja odpadów obejmuje plastik, szkło, metal i papier. należy pamiętać, że zużyte urządzenia elektroniczne mogą zawierać szkodliwe substancje (ołów, rtęć, chrom), które zanieczyszczają wodę lub powietrze i mogą powodować dalsze problemy. ekologiczne zarządzanie odpadami obejmuje także kompostowanie, odprowadzanie i najmniej preferowaną metodę – spalanie odpadów.organiczne odpady roślinne same rozpadają się w środowisku, ale można je także wykorzystać jako kompost. aby ułatwić ten proces, fi rma BaSF opracowała biodegradowalną torbę na śmieci. ale w jaki sposób ta plastikowa torba ulega rozpadowi? rozwiązanie leży w związkach materiału. jednym z komponentów jest stworzony przez fi rmę BaSF częściowo ropopochodny biodegradowalny plastik, drugim jest kwas polimlekowy uzyskiwany z skrobi kukurydzianej. kombinacja

ta tworzy elastyczny plastik, z którego można produkować torby na śmieci. W warunkach kontrolowanych obejmujących podwyższoną temperaturę i wilgotność, a także pewną liczbę kwasową kompostownie, mikroorganizmy, grzyby i bakterie przekształcają materiał na bioodpady, wodę, dwutlenek węgla i biomasę, tj. na cenny kompost. plastik ten nie tylko służy jako kompost, ale także nadaje się do produkcji biogazu. Biogaz powstaje z rozkładu materiałów organicznych przez bakterie beztlenowe, które do procesów metabolizmu i reprodukcji nie potrzebują powietrza. Wytwarzana w ten sposób mieszanka gazowa zawiera około 45-70% metanu, który dzięki wysokiej zawartości energii nadaje się do wykorzystania. dlatego też w wielu farmach hodowlanych do produkcji energii dla gospodarstwa w duchu samowystarczalności stosuje się bioreaktory.

rozWiązanie LeŻy W

zWiązkaCH Materiału

30

doM ze ŚMieCi

Węgierski wynalazek zakłada produkcję plastikowych płyt z odpadów. zwany jest on SylROCK i jest to materiał homogeniczny odporny na związki kwasowe, zasadowe i wodę, którego czas degradacji wynosi 400 lat, co oznacza, że jest bardzo trwały. W

jego produkcji wykorzystuje się nie tylko odpady z gospodarstw domowych, ale także odpady przemysłowe. Materiał ten posiada niekończące się możliwości zastosowania,

na przykład do produkcji mebli ogrodowych i ulicznych. Do produkcji jednej płyty potrzeba 340 kg śmieci. To dużo, ale na szczęście – chociaż w rzeczywistości niestety – na całym świecie jest mnóstwo śmieci. W samej Unii Europejskiej na

zagospodarowanie czeka 1 milion kiloton odpadów.

CHeMiapLaStiku

z chemicznego punktu widzenia plastiki stanowią wyjątkowo zróżnicowaną grupę, której wspólną cechą jest struktura makromolekularna. Makromolekuły to związki o wysokiej masie cząsteczkowej zawierające jedną lub kilka jednostek budujących. W ich skład mogą wchodzić tysiące powiązanych ze sobą jednostek. oczywiście molekuły plastiku różnią się pod względem rozmiaru, ale istnieje średnia masa cząsteczkowa stosowana do ich opisu. Większość molekuł mieści się bardzo blisko takiej wartości cząsteczkowej.

Termoplastyczne

Termoutwardzalne

zE WzGlęDU NA ŁATWOŚćPRzETWORzENIA:

1.

2.

liniowe

Rozgałęzione

Usieciowane

zE WzGlęDU NA KSzTAŁT:

1.

2.

3.PlASTyKI GRUPUJE SIę zE WzGlęDU NA POCHODzENIE:

1.

2.

Przekształcone z naturalnych makromolekuł (rośliny – celuloza, skrobia; zwierzęta – białka)

Sztuczne (stopniowy rozwójlub polimery łańcuchowe)

31

W Ciągu oStatniCH 15 Lat z roku na rok WykorzyStanie BiopoLiMeróWWzraSta o 10%

Właściwości podstawowego plastiku można modyfikować, stosując kilka dodatków, takich jak plastyfikatory, katalizatory, inhibitory korozji, środki zmniejszające palność, wypełniacze, smary, inhibitory starzenia itp.obecnie biodegradowalne polimery, zwane biopolimerami, nabierają na znaczeniu, a najpowszechniejszymi surowcami są skrobia i kwas (poli)mlekowy. W ciągu ostatnich 15 lat z roku na rok wykorzystanie biopolimerów wzrasta o 10%.kwas polimlekowy to obiecujący surowiec, który może mieć szerokie zastosowanie. W odpowiednich warunkach względnie szybko rozkłada się (hydrolizuje) na jednostki kwasu mlekowego, a produktami końcowymi naturalnej degradacji są woda i dwutlenek węgla.

32

rosnąca liczebność populacji zwiększa zapotrzebowanie na energię, co jest dużym wyzwaniem dla naukowców. opracowano szereg naukowych metod innowacyjnego wykorzystania energii oraz bardziej efektywnego użycia jej odnawialnych źródeł.

poczytaj o rewolucji w oświetleniu, o źródłach światła wymagających coraz mniejszych ilości energii, o niemal nieskończonych możliwościach użycia alternatywnej energii i transporcie przyjaznym dla środowiska.

33

inteLigentna energia

34

nowe spojrzenie na źródła energiinauka może służyć ogromną pomocą w zakresie innowacyjnego wykorzystania energii. jednym z podstawowych celów badaczy jest opracowanie nowych metod skuteczniejszego i bardziej ekologicznego wykorzystania już istniejących źródeł energii w przyszłości, aby zapewnić zrównoważony rozwój na ziemi.

Skąd poCHodzi i gdzieznika energia?

przez tysiące lat ludzie mogli polegać jedynie na sobie samych. później wykorzystywali maszyny napędzane siłą zwierząt. jednak obecnie trudno znaleźć na świecie narzędzie, które pracowałoby bez nowoczesnego paliwa. urządzenia kuchenne, telewizory, komputery oraz oświetlenie wymagają elektryczności. a nasze pojazdy potrzebują wytwarzanych na skalę przemysłową paliw syntetycznych. jedynym problemem jest, to, że ludzkość do ich produkcji wykorzystuje paliwa kopalne – zyskujemy energię ze spalania wydobytego węgla i ropy. W wyniku wzrostu liczby ludności oraz rosnącej liczby nowoczesnych miast nasze zużycie energii także wzrosło

znacząco – domy potrzebują ogrzewania i chłodzenia, obiekty publiczne i zakłady przemysłowe potrzebują coraz więcej energii, należy zapewnić transport publiczny, a oświetlenie miejskie zużywa połowę potrzebnej miastu energii.

ze względu na rosnące zużycie energii jej zasoby na ziemi powoli kurczą się i wkrótce możemy wyczerpać zasoby kopalne, które nie podlegają łatwej regeneracji, gdyż na rozkład roślin i zwierząt w głębi ziemi i ich przekształcenie w materiały energetyczne, oleje mineralne i węgiel potrzeba tysięcy lat. nie wspominając już o fakcie, że nadmierne zużycie energii stanowi poważny czynnik

zanieczyszczenia – dymy z fabryk i spaliny samochodowe zawierają ogromne ilości dwutlenku węgla oraz różne inne substancje zanieczyszczające, a także gazy cieplarniane, które są uwalniane do atmosfery i mają poważny wpływ na przyszłość naszej planety.

naukowcy wzięli to pod uwagę kilkadziesiąt lat temu i dlatego podkreślają konieczność ograniczenia zużycia energii. ponadto opracowują innowacyjne i wizjonerskie koncepcje energetyczne. ich celem jest znalezienie sposobów skuteczniejszego wykorzystania istniejących oraz poprawa rentowności nowych źródeł energii.

OgrOmnE ilOśCipaliw kopalnych,które spaliliśmy w

ostatnim wieku

35

naSza jedyna perSpektyWa: WykorzyStanie odnaWiaL-nyCH Źródeł energii

energia WiatroWa

tak zwana energia odnawialna uzyskiwana w wyniku interakcji zjawisk naturalnych jest na mniejszą skalę wykorzystywana już od wieków – energia wiatrowa i wodna jest wykorzystywana przez młyny, natomiast energia geotermiczna służy ogrzewaniu wody. nadszedł czas, aby ponownie odkryć te rozwiązania, gdyż mają one znacznie większy potencjał, a nauka może pomóc nam w ich lepszym wykorzystaniu, by generować elektryczność w bardziej przyjazny środowisku sposób.

jednym ze odnawialnych źródeł energii jest wiatr, który odkryto ponownie w ostatnich dziesięcioleciach. dzięki temu powstaje coraz więcej farm wiatrowych opartych na nowoczesnych technologiach, pozwalających wykorzystać ogromny potencjał wiatru. W 2013 roku moc energii wiatrowej wyniosła 318 gW, tj. prawie dziesięciokrotnie więcej niż dziesięć lat temu.

energię wiatrową wychwytują i przetwarzają farmy wiatrowe, na których obok siebie znaleźć można wiele elektrowni wiatrowych. ich funkcjonowanie jest bardzo proste – skrzydła wychwytujące wiatr są przymocowane do turbin wytwarzających elektryczność. Czystą energię można dostarczać nie tylko do budynków mieszkalnych, ale także całych miast. najwyższą produkcję energii wiatrowej w krajach europy Środkowo-Wschodniej notuje rumunia, która zwiększyła swoją moc energii wiatrowej o 1,5 razu na rok, dzięki czemu w 2013 roku jej elektrownie wiatrowe produkowały już 2599 MW energii.

Fakty i dane

9% - oczekuje się, że do 2020 roku energia wiatrowa stanowić będzie ponad 9% globalnej podaży energii. aktualnie jest to 2,3%.50% - dania już teraz jest światowym liderem w produkcji energii wiatrowej, gdyż turbiny wiatrowe generują tam prawie jedną trzecią energii. Wskaźnik ten wkrótce wzrośniedo 50%.

36

SpeCjaLne Materiały Są WykorzyStyWane W turBinaCH WiatroWyCH

energia WiatroWa pozySkiWana znad CHMur

na wydajność turbin wiatrowych w dużym stopniu wpływają materiały i trwałość łopatek wiatrowych, gdyż 90-metrowej wysokości turbiny mogą być narażone na wiatr o prędkości 300 km/godzinę. z tego powodu inżynierowie firmy BaSF w niemieckim dziale chemicznym opracowali wysokiej technologii elastyczną powłokę, która jest odporna na promienie słoneczne uV i je odbija. powłoka ochronna relest® zachowuje stabilność nawet w ekstremalnych warunkach pogodowych i nie odchodzi z łopatek, przedłużając tym samym ich żywotność, co przyczynia się do zmniejszenia kosztów produkcji energii ze źródeł ekologicznych. ponadto w turbinach wiatrowych wykorzystywanych jest szereg innowacyjnych materiałów firmy BaSF, takich jak dwuskładnikowy system składający się żywicy epoksydowej i utwardzaczy do produkcji łopatek wirnika, a także specjalne materiały spoinowe do wież i podstaw. tego typu usprawnienia umożliwiają budowę kolosalnych turbin wiatrowych – aktualny rekord należy do turbiny wiatrowej o średnicy 127 metrów wyposażonej w 60-metrowej długości łopatki.

przemysł energii wiatrowej rozwija się bardzo szybko. już teraz opracowywane są pomysły mające na celu wychwycenie energii wiatru z ponad chmur. W przyszłości do produkcji energii wykorzystywane mogą być latawce, lekkie samoloty i balony. jedną z takich elektrowni przyszłości jest wynalazek Wind turbine airborne. jest to wysoka na dziesięć stóp

turbina cylindryczna wypełniona helem i wyposażona w środku w śmigło. urządzenie zasilane helem jest w stanie wznieść się na wysokość 300 metrów, gdzie podmuchy wiatru są silniejsze, a tym samym można zgromadzić więcej energii. energia elektryczna wytwarzana przez śmigło dociera drogą kablową do generatora na ziemi.

90 M

etr

oW

ej

Wiatr o prędkoŚCi 300 kM/godzinę

37

energia SłoneCzna

innym rodzajem czystej energii jest energia słoneczna, która może być wykorzystywana dzięki specjalnym urządzeniom. jednym z nich są panele słoneczne przekształcające energię słoneczną w ciepło, a drugim ogniowo słoneczne, które generuje elektryczność z energii słońca. obecnie tego typu szklane cuda na dachach domów nie są zaskoczeniem, ponieważ ich montaż staje się coraz tańszy i można je także łatwo podłączyć do domowej instalacji zasilania. zastosowanie paneli słonecznych w naszych domach to opłacalne rozwiązanie, nie tylko ze względu na oszczędność kosztów, ale także związane z nim możliwości zarobkowe. Wyprodukowaną, ale niewykorzystaną nadwyżkową energię można sprzedać dostawcom elektryczności. zastosowanie energii słonecznej na skalę przemysłową jest jeszcze bardziej opłacalne. dlatego też w krajach, w których Słońce świeci przez większą część roku budowane są wielkie

farmy słoneczne, w których można zainstalować nawet 120 tysięcy ogniw słonecznych wytwarzających 2 tysiące MW energii rocznie, co wystarczy do zasilenia w energię 700 tysięcy domów.

ale w jaki sposób wytwarza się elektryczność ze światła słonecznego? ogniwo słoneczne lub ogniwo fotowoltaiczne to urządzenie elektryczne, które bezpośrednio przekształca energię świetlną w elektryczność poprzez wykorzystanie efektu fotowoltaicznego. do przekształcenia przede wszystkim potrzebny jest materiał wchłaniający energię słoneczną (foton). następnie zwiększany jest stan energetyczny elektronu, co powoduje przepływ wysokoenergetycznego elektronu do obwodu zewnętrznego.

technologia fotowoltaiczna nie jest jednak na tyle wydajna ani oszczędna, by konkurować z innymi źródłami energii. dlatego też zadaniem nauki jest

opracowanie rozwiązań, które umożliwią energii słonecznej konkurowanie z konwencjonalnymi źródłami energii. ponieważ efektywność ogniw słonecznych w znacznym stopniu zależy od jakości wykorzystywanych materiałów, dział chemiczny firmy BaSF opracowuje rozwiązania mające pomóc w wytwarzaniu energii, takie jak wafel krzemowy i cienkie powłoki oraz panele i ogniwa do przetwarzania energii słonecznej. BaSF produkuje na przykład dodatki chemiczne, które sprawiają, że produkcja wafli krzemowych staje się precyzyjniejsza i tańsza, a także opracowuje unikalne materiały plastikowe odporne na działanie promieni uV, które zastępują ramy aluminiowe paneli słonecznych, przez co ogniwa słoneczne stają się bardziej wytrzymałe na zmienne warunki pogodowe. ponadto trwałość ogniw słonecznych zapewniają różnorodne specjalne materiały przylepne i izolacyjne niemieckiej firmy.

38

Czy wiedziałeś, że ...?Słońce zawiera niewiarygodną ilość energii – gdybyśmy byli w stanie w całości wykorzystać energię słoneczną, na pokrycie całkowitego rocznego zapotrzebowania ludzkości na energię wystarczyłaby energia wytworzona przez Słońce w ciągu jednej godziny.

•

Fakty i dane

1248 gigawatogodzin – tyle energii w 2013 roku wyprodukowały elektrownie słoneczne na całym świecie.

istnieją także farmy słoneczne, w których energia słoneczna ukierunkowywana jest przy użyciu ruchomych luster zwanych heliostatami i służących bezpośrednio wytwarzaniu ciepła. Są to tak zwane farmy słoneczno-termalne. największa farma słoneczno-termalna na świecie o powierzchni 1500 akrów znajduje się na pustyni Majove na granicy kalifornii i newady. 300 000 luster ma moc 392 MW, co odpowiada zasilaniu dla 140 000 gospodarstw domowych. największa farma słoneczno-termalna w europie to mieszcząca się w Sevilli w Hiszpanii elektrownia planta Solar 10.

SłońCe zaMknięteW koMinie

Słoneczna wieża wiatrowa, zwana także kominem słonecznym, to nowa alternatywa w obszarze odnawialnych źródeł energii. Wynalazek ten oparty jest na odkrytym tysiąc lat temu zjawisku wędrowania ciepłego powietrza do góry. działa to następująco – powietrze jest podgrzewane energią słoneczną, co generuje pionowy przepływ powietrza wewnątrz wieży i napędza turbiny wiatrowe wytwarzające energię. aktualnie taką wieżę posiadają Chiny, ale wiele innych krajów planuje postawić podobne, na przykład na pustyni australijskiej, gdzie powietrze przy gruncie jest bardzo gorące. zgodnie z planami wieża ta będzie jedną z najwyższych budowli na świecie, a jej wysokość osiągnie od 750 do 1000 metrów.

39

Czy wiedziałeś, że ...?Niewyczerpalna energia wody może być także wykorzystywana do produkcji energii w rzekach o wolnym nurcie. Metoda ta została zapomniana, jednak stosowano ją już w XIII wieku w elektrowniach wykorzystujących pływy wodne. Polega to na wykorzystaniu energii ruchów wody pomiędzy odpływem a przypływem przez małe turbiny wodne. To ekologiczne rozwiązanie jest w mniejszym stopniu stosowane od XIX wieku, tj. od czasów industrializacji, gdyż było mniej efektywne niż olej mineralny i węgiel.

•

Fakty i dane

20%światowej energiiw ciągu roku pochodzi z elektrowni wodnych.

energia Wodna

energia wodna różni się od pozostałych źródeł energii odnawialnej, ponieważ jest dostępna przez cały czas. Wiatr nie zawsze wieje, a słońce świeci tylko za dnia. natomiast woda nie zatrzymuje się nigdy, dlatego też jest znacznie stabilniejszym źródłem energii. to nie przypadek, że tego typu zielona energia jest najbardziej rozpowszechniona – prawie 20% elektryczności na świecie, tj. ok. 2030 tWh, wytwarzane jest dzięki mocy wody. to sto razy więcej niż wynosi moc

aktualnie istniejących farm wiatrowych. Szacuje się, że moc całej dostępnej na świecie energii wodnej jest dziesięciokrotnie większa, co oznacza, że nadal istnieją niewykorzystane obszary. ze względu na rwące rzeki górskie największymi użytkownikami energii wodnej są norwegia, Szwajcaria, Włochy, Szwecja i Finlandia. z tego samego powodu norwegia jest światowym liderem w wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii.

energia wodna jest wykorzystywana w elektrowniach wodnych, w których zazwyczaj tamy blokują bieg rzeki, a energia z wody rzecznej jest przekształcana w energię elektryczną przy pomocy turbin wodnych i generatorów elektrycznych. poza tym istnieją elektrownie wykorzystujące moc stałych spiętrzonych fal morskich. Chociaż obszar ten jest w dalszym ciągu nie w pełni wykorzystywany, według ekspertów energetycznych 15% światowej elektryczności powinno być produkowane z fal

mórz i oceanów, czyli dokładnie dwa razy więcej niż aktualnie wytwarzają elektrownie nuklearne na całym świecie.

Wszystko to pokazuje, że zadanie, jakie stoi przed obecnymi i przyszłymi inżynierami, to ponowne odkrycie technologii danych nam przez naturę oraz stworzenie wydajniejszych zielonych elektrowni przy użyciu nowoczesnych materiałów i zaawansowanych systemów komputerowych.

40

energia jeSt WSzędzie. MuSiMy tyLko doWiedzieć Się, jak ją WykorzyStać

energia zodpadóW

Coraz istotniejszym czynnikiem w produkcji energii jest biogaz. Można go wytwarzać z dostępnych regionalnie surowców, takich jak przetworzone odpady. jest to także odnawialne źródło energii i w wielu przypadkach generuje bardzo niewielkie ilości dwutlenku węgla.

Biogaz produkowany jest w procesie fermentacji beztlenowej przez bakterie beztlenowe lub fermentacji materiałów biodegradowalnych, takich jak nawozy naturalne, ścieki, odpady komunalne, odpady zielone, materiał roślinny i zbiory. Metan, wodór i tlenek węgla (Co) można

spalić lub utlenić przy pomocy tlenu. pozwala to także na wykorzystanie biogazu jako paliwa oraz w celach grzewczych, na przykład do gotowania. Biogaz można również stosować w silnikach gazowych do przekształcenia energii w gazie w elektryczności ciepło.

poza rosnącym różnorodnym wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii kreatywni badacze są w stanie wytworzyć energię w dość zaskakujące sposoby. na przykład do wykorzystania energii kinetycznej lub mechanicznej potrzeba tylko odrobinę wyobraźni i kilka innowacyjnych rozwiązań

naukowych. W kilku miastach w asfalcie lub chodniku umieszczono czujniki, które wykorzystują energię z kroków pieszych. najbardziej udaną inicjatywę wprowadzono w trakcie igrzysk olimpijskich w Londynie. od tej pory podobne energetyczne chodniki działają w izraelu, tuluzie we Francji

oraz w tokio. Co więcej, pomysłowy właściciel dyskoteki wprowadził pierwszą na świecie zrównoważony parkiet taneczny w Holandii, który gromadzi energię kinetyczną z ruchów tancerzy i przy użyciu generatorów wytwarza z niej elektryczność.

?

41

kinetyCzne BoiSko piłkarSkie

nie Marnuj energii!

ostatnio w Brazylii otwarto pierwsze kinetyczne boisko piłkarskie. pod murawą umieszczono około 200 płytek wychwytujących energię, które przekształcają ruchy graczy w elektryczność. Wokół boiska zainstalowano panele słoneczne. 80% energii wykorzystywanej na boisku w ciągu dnia wytwarzają panele słoneczne, z kolei płytki kinetyczne zapewniają 100% energii w ciągu nocy.

Badacze przyszłości są zgodni, że nadchodzący kryzys energetyczny tylko częściowo rozwiązuje zastosowanie odnawialnych źródeł energii i wyżej opisanych inteligentnych rozwiązań – nie mniej istotne jest oszczędzanie energii i ograniczenie potrzeb energetycznych świata. zgodnie z obliczeniami, jeżeli w dalszym ciągu będziemy marnotrawić energię, potrzeby energetyczne ludzkości do 2030 roku ulegną podwojeniu, co oznacza, że podwoi się także emisja dwutlenku węgla. jednak, jeżeli zaczniemy oszczędzać energię, zapotrzebowanie na nią wzrośnie tylko o 16%.

Mieszkańcy miast ponoszą dużą odpowiedzialność za oszczędzanie energii, ponieważ znaczna jej część jest wykorzystywana w wielkich miastach. zakłady przemysłowe także muszą zmienić swoje postępowanie, gdyż wykorzystują więcej energii niż gospodarstwa domowe. ich zadaniem jest opracowanie nowych technologii oraz optymalizacja swoich procesów w celu ograniczenia zapotrzebowania na energię. proces ten już się rozpoczął, a szereg dużych zakładów przemysłowych przechodzi w tym celu modernizację.

16%

JEżElI zACzNIEMy OSzCzęDzAć ENERGIę

zapotrzebowaniena nią wzrośnie

tylko o

Fakty i dane

53% - tyle wynosi dodatkowa ilość energii, jaką ludzkość będzie potrzebować do 2030 roku, jeżeli nie będzie oszczędzać. 16% - tyle wynosi dodatkowa ilość energii, jaką ludzkość będzie potrzebować do 2030 roku, jeżeli będzie oszczędzać.

WSKAZÓWKidotyczące oszczędzania energii:!

• Skręćogrzewanie–obniżenietemperaturywdomuo zaledwie 1 st. C zmniejsza koszty zużycia energii o 6%.• Wymieńwdomukonwencjonalneżarówkinaekologiczne ledowe źródła światła. zużywają one o 90% mniej energii i wytrzymują przez lata! • Gotującwodę,zastanówsię,ilewodydokładniepotrzebu- jesz i zagotuj tylko taką ilość, jaką wykorzystasz, ponieważ w ten sposób nie tylko oszczędzasz energię, ale i wodę.• Zapomnijotrybieoczekiwania!Urządzeniawtrybie oczekiwania także napędzają licznik energii. dlatego zawsze wyciągaj wtyczkę z gniazdka po wyłączeniu urzą- dzeń elektrycznych.• Unowocześnijuszczelnienieswojegodomu!Wgospodar- stwach domowych największe straty energii są spowo- dowane utratą ciepła. dlatego tak ważne jest, aby wszyst- kie okna i drzwi były dobrze uszczelnione.

42

43

CHeMiaogniWaSłoneCznego

ogniwa słoneczne zawierają dwa rodzaje materiałów, które często zwane są półprzewodnikami typu p i typu n. Światło określonej długości fali może jonizować atomy półprzewodnika, przez co towarzyszące fotony generują nadwyżkowe nośniki ładunków. Większość nośników ładunków dodatnich (otworów) znajduje się w warstwie p, z kolei nośniki ładunków ujemnych (elektronów) w warstwie n. Chociaż nośniki ładunków dwóch przeciwnie naładowanych warstw przyciągają się nawzajem, mogą połączyć się ponownie, jedynie przepływając przez obwód zewnętrzny ze względu na potencjalne skoki pomiędzy nimi.

44

Źródła światła w przyszłościinnowacje wpływają także na inżynierię oświetlenia. Lampy tungsten oraz żarówki halogenowe są powoli zastępowane przez energooszczędne i inteligentne światła Led i oLed. naukowcy pracują nad uzyskaniem naturalnego światła nawet w zamkniętych pomieszczeniach bez konieczności używania w przyszłych lampach żadnych żarówek.

i oto Stało Się ŚWiatło

Wiadomo, że dziewiętnastowieczny wynalazek thomasa alvy edisona – lampa żarowa – zmienił świat. W przeszłości wszystkie czynności wykonywano w ciągu dnia w świetle dziennym. Ludzie chodzili spać wcześnie wieczorem i wstawali o świcie. obecnie ludzie korzystają ze światła i nie muszą się do niego dostosowywać, ponieważ potrzebujemy światła nawet w późnych godzinach nocnych. W rzeczywistości potrzebne nam jest oświetlenie także w ciągu dnia, gdyż nie spędzamy już większości czasu na powietrzu, ale w pomieszczeniach, w których z reguły brakuje naturalnego światła.jedynym problemem jest fakt, że do oświetlenia potrzeba 19% całkowitej produkcji elektryczności na ziemi. Ludzkość potrzebuje coraz więcej światła, by rozwijać technologie i zmieniać styl życia. to właśnie dlatego wydajne ener-getyczne oświetlenie ma tak istotne znaczenie. zmniejszenie zużycia energii na cele oświetleniowe pozwala także poważnie ograniczyć emisję szkodliwego dwutlenku węgla. dlatego też przy pomocy nauki inżynierowie i badacze pra-cują obecnie nad niespotykanymi wcześniej rozwiązaniami oświetleniowymi.

Czy wiedziałeś, że...?Czas zimowy i letni wprowadzono, aby zaoszczędzić zużycie energii na oświetlenie.Dzięki temu uzyskiwane oszczędności energetyczne odpowiadają około 300 000 tonom ropy naftowej.

•

45

zanim przejdziemy do analizy naukowych innowacyjnych rozwiązań oświetleniowych, przyjrzyjmy się źródłom światła dostępnym na ziemi.

teoria ŚWiatła

Źródła LuB urządzenia ŚWietLne Wyko-rzyStyWane do produkCji WidoCznego ŚWiatła MoŻna podzieLić na dWie grupy.

podstawowe źródła światła same emitują światło.

drugorzędne źródła światła tylko odbijają lub rozpraszają światło pochodzące z innych źródeł.

W zaLeŻnoŚCi od zaSady oBSługi WyróŻnia Się takŻe inne podStaWoWe grupy:

naturalne: orby, błyskawice, zorza polarna, bioluminescencja emisja światła przez organizmy żywe

spalanie: pochodnia, świeca, lampa gazowa, ogień, magma

1.

1.

2.

2. 5.

3.

4.

elektryczne: lampa żarowa lampy tungsten i żarówki halogenoweelektroluminescencja Ledniskociśnieniowa gazowa lampa wyładowcza (kompaktowa) lampa fluorescencyjna, lampa indukcyjna wysokociśnieniowa gazowa lampa wyładowcza łukowa lampa rtęciowa, łukowa lampa ksenonowa

chemiczne: chemiluminescencja zjawisko to towarzyszy reakcjom chemicznym, w których jeden produkt powstaje w stanie wzbudzonym i następnie, gdy ten stan się kończy, tworzy się kwant światła

inne: promieniowanie cieplne, laser

46

reWoLuCja W oŚWietLeniu

W porównaniu do pozostałych obszarów nauki zaskakujący jest fakt, jak powolna była ewolucja w oświetleniu. Musieliśmy czekać ponad 100 lat, by uzyskać pierw-szą energooszczędną żarówkę. Wierzcie lub nie, ale żarówki działające na tej samej zasadzie, jak żarówka wynaleziona w XiX wieku przez edisona są wykorzy-stywane w wielu miejscach do tej pory.dlaczego rozwój jest konieczny? Lampa żarowa jest niewydajna, ponieważ traci 90% energii w formie ciepła, a tylko 10% wykorzystuje do produkcji światła. to niebywała strata, zważywszy, że nasze zasoby energetyczne są ograniczone (więcej informacji na ten temat przedsta-wiono w artykule zatytułowanym „ener-gia”). należy tak szybko, jak to możliwe,

zatrzymać to marnotrawstwo. z tego powodu komisja europejska przyjęła zieloną księgę i uruchomiła konsultacje w sprawie przyszłej ekologicznej i energo-oszczędnej inżynierii oświetlenia. Celem jest ograniczenie w krajach europejskich zużycia energii związanego z oświetle-niem o 20% do 2020 roku. powoli w unii europejskiej w następnych kilku latach wygaszana będzie sprzedaż lamp żarowych, w wyniku czego żarówki w gospodarstwach domowych, biurach i miejscach publicznych zostaną zastąpio-ne energooszczędnymi źródłami światła. W ostatnim dziesięcioleciu na popular-ności zyskiwały energooszczędne lampy halogenowe, w których umieszczany jest halogen (jodowy lub bromowy). to

włókno żarowe posiada wyższą tempera-turę niż włókno żarowe tungsten, dlatego żarówka wykonana jest z twardego szkła lub kwarcu. Bardzo popularne są także oszczędne lampy fluorescencyjne, w których widoczne światło tworzone jest poprzez wyładowanie mieszanki gazowej rtęci i argonu pomiędzy włók-nami, co generuje promieniowanie uV i wprawia luminofory wewnątrz lampy fluorescencyjnej w stan wzbudzenia, a lampa promieniuje widocznym świa-tłem. najbardziej obiecującą alternatywą jest dioda emitująca światło Led lub jej wersja organiczna oLed (dioda emitu-jąca światło organiczne), która znana jest także jako półprzewodnikowe źródło światła (SSL).

Lampa żarowa jeSt nieWydajna, ponieważ traci 90% energii w formie ciepła, a tylko 10% WykorzyStujedo produkcji światła.

Czy wiedziałeś, że...?Wierzcie lub nie, ale żarówki działające na tej samej zasadzie, jak żarówka wynaleziona w XIX wieku przez Edisona są wykorzystywane w wielu miejscach do tej pory.

•

47

diody Led i oLed

rozpowszechnienie świateł Led i technologii oLed jest bezsporne. diody te posiadają kilka zalet w porównaniu do lamp żarowych. po pierwsze, są znacznie bardziej energooszczędne. po drugie, mogą pracować przez 40 – 60 lat. W źródłach światła typu Led światło generuje dioda podłączona do prądu elektrycznego, który pobudza elektrony atomów w materiale diody, wprawiając je tym samym w ruch na wyższy poziom energetyczny (orbitę elektronową). gdy elektrony powracają do pierwotnego

poziomu energetycznego emitują fotony, czyli światło. różnica pomiędzy diodami Led a diodami oLed sprowadza się do litery „o”, która oznacza „organiczny”. diody typu Led wykorzystują małe kryształki oparte na przykład na azotku galu, natomiast diody oLed wykonane są z pigmentopodobnych związków organicznych, które normalnie są wykorzystywane do nanoszenia powłok z fazy gazowej na podstawowy materiał. organiczne diody emitujące światło

(oLed) tworzą świat, w którym możliwe są oświetlone tapety lub szyby okienne w nocy przekształcające się w źródło światła. eksperci są przekonani, że w ciągu kilku kolejnych lat te obiecujące energooszczędne rozwiązania mogą zrewolucjonizować sektor oświetleniowy. przed diodami oLed stawiane są wysokie oczekiwania – powinny być wydajniejsze niż wszystkie istniejące źródła światła, a pewnego dnia powinny być w stanie przekształcić w światło prawie 100% swojego zasilania.

różnica pomiędzy diodami Led a diodami oLed sprowadza się do litery „o”, która oznacza „organiczny”.

48

inteLigentneŹródło ŚWiatła

inteligentne źródło światła LiFX wygrało złoty medal w ramach edison Lighting award w 2014 roku. jest to energooszczędna dioda Led o zmiennym kolorze wyposażona w WiFi, przez co może być kontrolowana przy użyciu darmowej aplikacji w smartfonie. Stwarza to niesamowite możliwości dla użytkowników – 16 milionów kolorów, programowalne oświetlenie i efekty, które można nawet zharmonizować z ulubioną muzyką. Strumień światła o maksymalnej wartości 1000 lumenów może pracować przez okres do 25 lat.

StruMień ŚWiatła o MakSyMaLnej WartoŚCi 1000 LuMenóW MoŻe praCoWać przezokreS do 25 Lat.

49

zMiany WoŚWietLeniu

Wynalazcy mogą w skuteczny i kreatywny sposób wykorzystać wyjątkową zaletę diod oLed w urządzenia elektronicznych. Wyobraźcie sobie elastyczny i rozwijany telewizor! jego wdrożenie jest proste, jeżeli w cienką plastikową warstwę wbuduje się oLed-owy wyświetlacz. Możliwości są prawie nieograniczone. Wynalazcy firmy BaSF już

opracowali cienkie źródło światła, które umieszczone na dachu samochodu działa jak panel słoneczny, w pozostałych sytuacjach pełni funkcję źródła światła, a po wyłączeniu staje się całkowicie przeźroczyste. taki samochód „ze szklanym dachem” gromadzi elektryczność w ciągu dnia i oddaje ją w formie światła do wnętrza pojazdu w nocy.

50

W jaki SpoSóB działają diody oLed?

diody oLed skonstruowane są jak kanapka, w której wnętrzu umieszczono cieniutkie warstwy materiału organicznego. Warstwy te umieszczono pomiędzy dodatnio naładowaną anodą a ujemnie naładowaną katodą. W momencie przepływu pomiędzy nimi

prądu elektrycznego elektrony i ładunki dodatnie płyną do środka kanapki i łączą się, co sprawia, że wbudowane cząsteczki świecą. ponieważ warstwy organiczne są bardzo wrażliwe na wodę i tlen, aby je zabezpieczyć, należy je zamknąć.

Światło Led-owe może być skutecznie wykorzy-stywane także w innych obszarach, na przykład do uprawy roślin w pomieszczeniach, gdyż doskonale imituje słońce. W eksperymentalnym ośrodku american green Sense Farms w pomieszczeniach wyposażonych w klimatyzację oraz sztuczne oświetlenie Led-owe uprawia się sałatę, jarmuż, bazylię i szczypiorek. rośliny rosną 22 godziny na dobę, 365 dni w roku w wysokich na 25 stóp wieżach i nie są narażone na działanie szkodników ani obcego różowego światła. Światło to oczywi-ście nie jest takie samo, jak to emitowane przez normalne diody Led, ale zastosowano długość fal wiązki konieczną do rozwoju roślin. rozwiązanie to szczególnie sprawdza się w przypadku małych ulistnionych roślin, ale nauka prawdopodobnie stworzy także sztuczne i pożywne światło także dla zbóż, które wytwarzane są w dużych ilościach, takich jak kukurydza i pszenica.

sałat

ę, ja

rmuż

, baz

ylię

i szc

zypio

rek

rosn

ą 22

godzi

ny

na doBę

365

dniW

roku

iw w

ysok

ich n

a

25 S

tóp

wież

ach

51

Fakty i dane

przy użyciu żarówekelektrycznych, lamp ha-logenowych i lamp ener-gooszczędnych znaczna część energii jest prze-kształcana w ciepło zamiast w światło – na przykład powierzchnia świecącej 100-watowej żarówki elek-trycznej osiąga temperatu-rę powyżej 200 st. C (392 st. F). z kolei opracowane w dreźnie diody OLED nie przekraczają temperatury 30 st. C (86 st. F), a więc są zawsze chłodniejsze od temperatury ciała.

dioda oLed WytrzyMuje 5-10 razy dłuŻej niŻ ŻaróWka.

LiCzBa godzin praCy diody Led.

oBeCna LiCzBa godzin praCy diody oLed.

5-10

40.000

10.000

52

komputeryzacja oczywiście dotarła także do inżynierii oświetlenia. W inteligentnych domach, które wyposażono w inteligent-ny system sterowania, można nie tylko włączać i wyłączać światło albo stero-wać jego natężeniem, ale można także zachować swoje osobiste ustawienia. W dowolnym momencie można przywołać ulubione ustawienia, a wszystkie lampy w domu można ustawić jednym dotknię-ciem w zależności od naszego nastroju,

pory dnia lub wykonywanych czynności.jednak potencjał technologii oLed znacznie wykracza poza proste lampy i programy oświetleniowe. Światło produ-kowane przez tego typu diody jest ko-rzystniejsze, miększe i wytrzymalsze niż inne źródła światła i to dlatego wynalazcy nazywają je „światłem na poprawę sa-mopoczucia”. Sekret czynnika „dobrego samopoczucia” leży w sposobie, w jaki emitują światło. W przeciwieństwie do

wszystkich pozostałych stosowanych w przeszłości i obecnie sztucznych źródeł światła diody oLed nie emitują światła z jednego punktu, a stanowią płaskie źró-dło światła. dzięki diodom oLed istnieje możliwość regulacji temperatury koloru oraz dostosowania światła do pory dnia. dzięki temu można uzyskać ciepłe białe światło rano i wieczorem, a chłodne białe światło w ciągu dnia.

inteLigentny doM, inteLigentne oŚWietLenie

ŚWiatło produkoWane przez tego typu diody jeSt korzyStniejSze, MiękSze i WytrzyMaL-Sze niŻ inne Źródła ŚWiatła i to dLatego WynaLazCy nazyWają je „ŚWiatłeM na popra-Wę SaMopoCzuCia”.

53

kolejną cechą diod oLed jest inspiracja, jaką stanowią dla projektantów oświetlenia. diody te wykonano z cieniutkich materiałów organicznych i w przewidywalnej przyszłości możliwe będzie umieszczanie ich, jak drugiej skóry, na tapetach, sufitach lub oknach. umożliwi to stworzenie doskonałej iluzji letniego nieba na suficie lub sprawienia, że ściana stanie się

wirtualną wiosenną łąką. po wyłączeniu diody oLed są białe, odblaskowe lub przeźroczyste, przez co mogą być wykorzystywane do tworzenia szyb okiennych wpuszczających światło za dnia i następnie zmieniających się w płaskie lampy w ciemności. pobierające niewielkie ilości energii diody mogą inspirować nie tylko projektantów. Mogą być wykorzystywane także w modzie, w

meblach, biżuterii lub w sztuce pięknej. naturalne „poprawiające samopoczucie” światło można także stosować w przyszłości w szpitalach i gabinetach lekarskich. łagodnym źródłem światła bez promieni uV i silnej emisji ciepła zainteresowane są także muzea. japonia już jest o krok do przodu – już teraz pierwsze sale wystawowe wyposażono w diody oLed.

nieBieSkiepytanie

jedynie prawidłowa kombinacja czerwonego, zielonego i niebieskiego światła generuje białe światło diody organicznej oLed. jednak do tej pory producenci musieli korzystać z niebie-skiego barwnika, który jest względ-nie niewydajny. aktualnie dostępne na rynku nadajniki fluorescencyjne przekształcają nie więcej niż jedną czwartą energii w światło, a pozostała część przekształcana jest w ciepło. dlatego też kilka lat temu chemicy firmy BaSF zaczęli szukać rozwiąza-

nia „niebieskiego problemu”. odkryli cząsteczki, które świecą na niebiesko i są w stanie przekształcić energię prawie w całości w światło. Cząstecz-ki te należą do wysoko wydajnych fotofluorescencyjnych nadajników stosowanych w oLed. Był tylko jeden szkopuł – wytrzymywały zaledwie kilka minut. do 2016 roku niebieski kolor firmy BaSF powinien osiągnąć konieczną głębię koloru dla przemysłu wyświetlaczy.

54

Może to brzmieć niewiarygodnie, ale istnieje możliwość, że w przyszłości nie będziemy potrzebować lamp ulicznych. W ich miejsce światło mogą zapewnić rosnące przy drodze rośliny. Wykorzystując biologię syntetyczną, zespół badawczy w San Francisco pracuje nad produkcją świecących roślin. zgodnie z planami w rośliny wszczepione zostaną syntetyczne segmenty dna oparte na dna świetlików i świecących bakterii morskich.

upraWa roŚLin – roŚLiny WytWarzająCe ŚWiatło jako LaMpy

dla większości z nas laser to kolorowa mieszanina migających świateł, ale nie dla każdego jest tak samo. Steven denBaars, naukowiec z uC Santa Barbara, uważa, że światło laserowe mogłoby doskonale zastąpić tradycyjne lampy i na przykład cały sufit w pokoju mógłby rozświetlać się, tak jak duże okno dachowe (świetlik). albo sale balowe w hotelach, w których kilkadziesiąt lub kilkaset żarówek zastąpiono by garścią ultra jasnych źródeł światła.

na pierwszy rzut oka wydaje się, że nie niczego wspólnego pomiędzy

ciepłym blaskiem lampy żarowej, która tworzy światło poprzez podgrzanie do białości włókna, a laserem, który generuje światło w formie pojedynczej długości fali i wystrzela wiązkę skupioną w kierunku maleńkiego celu. Wspólną podstawę stanowi technologia Led, która powoduje, że lasery, nad którymi denBaars pracuje, oparte są na istniejących diodach Led-owych i zwane są „diodami laserowymi”

podobnie dzieje się ze światłem Led-owym. to tego samego rodzaju materiały, ale jeżeli po obu stronach diody Led

umieści się dwa lustra, zmieni się ona w laser. podwójne odbicie prowadzi do efektu wzmocnienia oraz przejścia od regularnej emisji do emisji stymulowanej – jak w przypadku lawiny. najlepsze diody laserowe są tak samo skuteczne w procesie przekształcania elektryczności w światło, jak diody Led-owe oferowane w sklepach, z jedną istotną różnicą – do diody laserowej można wpompować ponad 2000 razy więcej elektryczności. W teorii oznacza to, że dioda laserowa może wytworzyć 2000 razy więcej światła na centymetr kwadratowy.

LaSer jako Źródło ŚWiatła

55

najbardziej ekonomicznym źródłem światła jest oczywiście Słońce, z którego nowoczesna architektura próbuje korzystać, tworząc szklane atria i dachy. Bardzo prostym i coraz powszechniej stosowanym rozwiązaniem jest wprowadzenie bezpośredniego światła słonecznego do mieszkań. nie jest to nowość, a tego typu rozwiązanie twórcze jest często stosowane w słabiej rozwiniętych technicznie obszarach – zużytą butelkę pet napełnia się wodą, do której dodaje się niewielką ilość

wybielacza, by wysterylizować ciecz i zachować ją w czystości. Butelkę następnie umieszcza się pionowo w otworze w dachu, zabezpiecza ją przed upadkiem i uszczelnia odrobiną gumy. i prowizoryczna żarówka jest gotowa. gdy słońce na zewnątrz świeci do butelki, woda wewnątrz załamuje światło i oświetla wnętrze chaty bez konieczności stosowania elektryczności.nowocześniejszym rozwiązaniem jest wprowadzenie światła słonecznego do pomieszczenia przy użyciu rury

słonecznej, która działa jak aktywny pryzmat i jest wbudowana bezpośrednio w konstrukcję dachową. na zewnątrz znajduje się kolektor światła, z którego światło przy pomocy luster podróżuje na drugą stronę rury do wnętrza pomieszczenia. najbardziej zaawansowane konstrukcje są w stanie przekazać światło nawet na odległość 6 metrów bez żadnej straty, co pozwala na oświetlenie światłem słonecznym pomieszczenia bez okien o powierzchni 25 metrów kwadratowych.

W 2014 roku nagrodę nobla w dziedzienie fizyki przyznano dwóm naukowcom japońskim i jednemu amerykańskiemu – isamu akasaki, Hiroshi amano i Shuji nakamura – „za wynalezienie oszczędnej diody emitujacej światło niebieskie, która umożliwia stworzenie jasnych i energooszczędnych białych źródeł światła”. nagrodzeni naukowcy dokonali epokowego odkrycia na początku lat dziewięćdziesiątych. pierwsze diody emitujące światło, tj. diody Led, wykonano w latach sześćdziesiątych. Były one w stanie jedynie wytworzyć światło podczerwone i do tej spory

można je znaleźć w pilotach. naukowcy tworzyli coraz jaśniejsze diody Led, a na skali długości fali pojawiły się także dioda czerwona, a następnie zielona. ale światło niebieskie było oporne i stworzenie niebieskiej diody emitującej światło było niemozliwe, a bez niebieskiego składnika nie można także wyprodukować światła białego. Stworzone 20 lat temu niebieskie diody oparte na azotku galu były pierwszymi, które były w stanie wytworzyć wysokiego poziomu jasne światło, co otworzyło w końcu drogę do produkcji połączonych diod emitujacych białe światło (czerwone + zielone + niebieskie).

LiCzy Się naturaLne ŚWiatło!

nagroda noBLa dLadiody Led

56

nowe perspektywy w transporcietransport stał się ważną częścią naszego codziennego życia, jednak zużywa ogromne ilości energii i powoduje dużą emisję zanieczyszczeń; spaliny z setek milionów samochodów codziennie zanieczyszczają powietrze. nie ulega wątpliwości, że zrównoważony rozwój powinien obejmować rewolucję transportu, w czym pomocna może okazać się nauka.

naSi Codzienni toWarzySze: SaMoCHody

Samochody stały się częścią codziennego życia zaledwie w przeciągu stu lat, ale teraz już nie wyobrażamy sobie bez nich życia. z drugiej strony rosnąca liczba pojazdów mechanicznych w dużej mierze przyczynia się do wyczerpania zasobów ropy naftowej i węgla, czyli paliw kopalnych, jako że większość samochodów jest napędzanych benzyną lub olejem napędowym, które wytwarza się z ropy naftowej. ponadto

spaliny zawierają gazy zanieczyszczające, jak dwutlenek i tlenek węgla, dwutlenki azotu i węglowodory. Szacuje się, że do 2021 r. po drogach na całym świecie będzie poruszać się ok. 1,2 mld samochodów, czyli o 300 mln więcej niż obecnie. na dzień dzisiejszy transport powoduje 50% wszystkich zanieczyszczeń powietrza, co sprawia, że drastyczne obniżenie tej wartości jest jednym z największych współczesnych wyzwań.

57

reneSanS roWeróW

Wiele osób przesiada się z czterech na dwa kółka - niektórzy po to, by chronić środowisko, inni z prak-tycznych powodów, wolą jeździć do szkoły lub pracy rowerem. Co ciekawe, co roku produkuje się dwa razy więcej rowerów niż samochodów, a w ostatniej dekadzie sprzedano ich o wiele więcej niż w przeszło-ści. W niektórych krajach, jak w Holandii, rowery są elementem tradycji: liczba jednośladów przewyższa liczbę Holendrów. podobnie jest w Chinach i połu-dniowowschodniej azji, chociaż tam, z uwagi na duże odległości, popularne są rowery elektryczne.

o wzroście popularności rowerów świadczy rosnąca liczba specjalnych materiałów i nowoczesnych kon-strukcji, które sprawiają, że rowery są jeszcze wygod-niejsze, bardziej bezpieczne i niepowtarzalne. jedną z ostatnich nowości było wprowadzenie ram rowerowych wykonanych z drewna lub bambusa, które są wyjątko-wo elastyczne, a jednocześnie wytrzymałe.

BaSF, jako firma zajmująca się rozwojem innowacyj-nych materiałów, również opracowała własną koncep-cję roweru, łączącą w sobie pamięć o przeszłości i obietnice przyszłości. Model o nazwie „Concept 1865” wygląda jak rower sprzed 150 lat, ale zawiera 24 wyso-kowydajne inżynieryjne tworzywa sztuczne, specjalne pianki, żywicę epoksydową i poliuretany, które spra-wiają, że rower ma nie tylko wyjątkowy wygląd, ale też właściwości.

Fakty i liczby

każdego dnia nadrogach na całym świecie pojawia się 95 500 nowych pojazdów. do 2021 r. po dro-gach na całym świecie będzie poruszać się ok. 1,2 mld sa-mochodów. pojazdy mecha-niczne odpowiadają za 40% zanieczyszczeń powietrza w europie. ponad 80% podróży samochodem w europie od-bywa się na odcinku poniżej 20 kilometrów.

58

producenci i dostawcy pojazdów mechanicznych zastanawiają się, jak zmniejszyć całkowite zużycie paliwa i emisję zanieczyszczeń mimo gwałtowne-go wzrostu użycia pojazdów. pierwszym zaproponowanym rozwiązaniem były sa-mochody elektryczne napędzane energią elektryczną pobieraną z akumulatora. na początku na drogach w dużych ilościach pojawiły się samochody z napędem hy-brydowym będącym połączeniem silnika spalinowego i elektrycznego. ich zaletą jest to, że w miastach, gdzie odległości są krótkie, korzystają z napędu elektrycz-nego, natomiast przy dłuższych trasach i większych prędkościach przełączają się na tradycyjny napęd.kluczowym elementem samochodu jest akumulator, który przechowuje energię. prawdziwym przełomem było wprowa-dzenie baterii litowych, mających o wiele

większą moc niż ich poprzednicy. umoż-liwiają one przejechanie ok. 150-200 km na jednym ładowaniu, co z powodzeniem wystarcza do poruszania się po mieście. Wieczorem zaś podłącza się samochód do ładowarki, zupełnie jak telefon komór-kowy. jednak marzeniem naukowców jest wynalezienie rozwiązania, dzięki któremu jedno ładowanie wystarczy na dłuższe odcinki. inżynierowie firmy BaSF z branży chemicznej pracują nad kolejną generacją akumulatorów. połączenie litu z siarką i powietrzem mogłoby dać akumulatory o większej gęstości energii, dzięki czemu samochód mógłby poten-cjalnie przejechać do 400 km na jednym ładowaniu. innym rozwiązaniem zwiększającym wydajność ładowania może być nowy typ samochodów z technologią pHeV (plug-in Hybrid electric Vehicles). Sa-

mochody te mają akumulatory o dużej mocy i mogą być ładowane z gniazdek elektrycznych. Samochody pHeV mają również silnik spalinowy, co ułatwia łado-wanie akumulatora i pozwala przejechać dłuższe odcinki, jednak użycie napędu spalinowego jest zminimalizowane dzięki większej wydajności akumulatora. inną obiecującą innowacją są akumulujące energię panele nadwoziowe. Część euro-pejskich firm testuje panele nadwoziowe zdolne do gromadzenia energii i ładujące się szybciej niż stosowane obecnie aku-mulatory. testowane panele nadwoziowe są wykonane z włókien polimerowych i żywicy węglowej, wystarczająco wy-trzymałych, by można było je stosować w samochodach, a jednocześnie na tyle giętkich, by dało się je formować w panele.

SaMoCHody oSoBoWe - pojazdy przySzłoŚCi?

Fakty i liczby

500 000 - liczba samochodów elektrycznych na świecie.+100% - planowany wzrost liczby samochodów elektrycznych do 2022 r. 2040 - co drugi samochód będzie miał napęd hybrydowy.

Czy wiedziałeś, że...?To nieprawda, że samochody elektryczne są wolne. Jednym z najszybszych samochodów elektrycznych na świecie jest Rimac Concept One opracowany przez młodego chorwackiego wynalazcę Mate Rimaca. Model ten posiada silnik o mocy 1088 HP i może osiągać prędkość 300 km/h.

•

59

eLektroWnia WodoroWa W SaMoCHodzie

obiecującą możliwość narodzin przyjaznego dla środowiska, w stu procentach wolnego od zanieczyszczeń samochodu daje ogniwo paliwowe wytwarzające energię elektryczną w samochodzie w wyniku reakcji zachodzącej pomiędzy wodorem i węglem. energia chemiczna wytworzona w drodze tej reakcji jest przetwarzana na energię elektryczną, gorące powietrze i wodę, a powstające spaliny zawierają jedynie parę wodną. Samochody wyposażone w ogniwa paliwowe

mają podobny zasięg, jak współczesne pojazdy z silnikiem na benzynę. Mają podobne osiągi i zasięg jak tradycyjne pojazdy, jednak konstruktorzy muszą jeszcze rozwiązać szereg problemów. trzeba znaleźć odpowiednie miejsce na zainstalowanie dużego zbiornika wodoru i zmniejszyć ciężar ogniwa paliwowego. konieczna jest też budowa sieci stacji tankowania wodoru, gdzie będzie można uzupełniać zbiorniki samochodów z ogniwami paliwowymi.

60

kilka lat temu niemieckie Centrum Lotnictwa i Lotów kosmicznych (dLr) zbudowało pierwszy model samolotu napędzany wyłącznie wodorem, antares dLr-H2. ten niewielki motoszybowiec jest prawie całkowicie bezgłośny i nie emituje dymu, a jedynie parę wodną. Sednem zainstalowanego pod skrzydłami systemu ogniw paliwowych jest opracowany przez BaSF układ elektrod membranowych, którego rewolucyjność polega na tym, że umożliwia wysoką temperaturę pracy nawet 180 °C, co pozwala wyeliminować szereg kosztownych części, w tym układ chłodzący. Centrum dLr planuje również zainstalowanie innowacyjnego ogniwa paliwowego w samolocie pasażerskim airbus a320, aby zwiększyć wydajność pokładowego zasilania w energię elektryczną tej dużej maszyny.

niewątpliwie jednym z kluczowych wymogów w samochodach przyszłości będzie staranny wybór materiałów: panele nadwozia będą musiały być bezpieczne, wygodne i możliwie najlżejsze. z tym ostatnim problemem borykają się również konstruktorzy samochodów Formuły 1: chcą zmniejszyć wagę, aby osiągać większe prędkości, natomiast w transporcie mniejszy ciężar pojazdu przekłada się na mniejsze zużycie paliwa. Coraz częściej wagę samochodów zmniejsza się przez zastosowanie innowacyjnych tworzyw sztucznych opracowywanych przez firmy z branży chemicznej.

SaMoLot napędzany WodoreM - teraz to reaLne

CHeMia W SaMoCHodaCH

Fakty i liczby

nowoczesnesamochody są w ok. 15% wykonane z tworzyw sztucznych. za kilka lat ten współczynnik może wzrosnąć do 25%.

61

62

przyzwyczailiśmy się już do plastików wewnątrz samochodu, ale coraz więcej części, w tym obudowy i elementy silnika, są wykonane z plastików technicznych. dział samochodowy BaSF opracował szereg tworzyw sztucznych posiadających specjalne właściwości, jak wysoka odporność na temperaturę w przypadku sztywnych elementów układu olejowego, czy duża elastyczność umożliwiająca zastosowanie w mechanicznych częściach silnika. innym rewolucyjnym wynalazkiem niemieckiej firmy jest felga wykonana z wytrzymałych tworzyw sztucznych, pozwalająca zmniejszyć ciężar każdego koła o trzy kilo. W odróżnieniu od

tradycyjnych kompozytów poliamidowych, nowe tworzywa zawierają długie, wzmacniające włókna szklane, mające dużą odporność na odkształcanie. plastikowe koła stworzono dla samochodu elektrycznego smart forvision, konstruowanego we współpracy z daimler. ten niewielki dwuślad ma drzwi i inne elementy podwozia wykonane z wytrzymałego materiału kompozytowego, żywicy epoksydowej wzmocnionej włóknem węglowym, dzięki czemu waży o połowę mniej niż samochód zrobiony z tradycyjnych materiałów. pojazd ten zawiera też najnowszą innowację motoryzacyjną:

FoLia odBijająCa podCzerWień

WytrzyMałaraMakoMpozytoWa

przednia i boczne szyby są pokryte folią odbijającą podczerwień, co zapobiega nagrzewaniu się samochodu w środku.

kabina i inne elementy, jak na przykład drzwi, są wykonane z wytrzymałego materiału kompozytowego - żywicy epoksydowej wzmocnionej włóknami węglowymi. takie materiały ważą o ponad połowę mniej niż stal.

WySokoWydajnepianki izoLaCyjne

panele nadwozia są wyposażone w wysokowydajne pianki izolacyjne produkcji BaSF, co pozwala stworzyć przyjemny klimat we wnętrzu samochodu.

63

poWłoki odBijająCe podCzerWień

przezroCzySty daCH SoLarny

pLaStikoWa FeLga

powłoki odbijające podczerwień i odporne na zarysowania wspomagają system zarządzania temperaturą. dzięki zastosowaniu specjalnych pigmentów produkcji BaSF ciemne elementy wyposażenia wnętrza nie nagrzewają się.

nawet przy słabym nasłonecznieniu ośmiokątne, przezroczyste ogniwa fotowoltaiczne (opV) produkują wystarczająco dużo energii, aby zasilić elementy multimedialne i wiatraki w samochodzie. przezroczyste, organiczne diody elektroluminescencyjne (oLed) oświetlają wnętrze po otwarciu drzwi lub naciśnięciu przycisku. po wyłączeniu dobrze widać to, co jest na zewnątrz.

pierwsza na świecie felga wykonana w całości z wytrzymałego tworzywa sztucznego zmniejsza wagę każdego koła o trzy kilogramy. nowe tworzywo sztuczne ma ulepszone właściwości: doskonałą stabilność termiczną i chemiczną, siłę dynamiczną, twardość i dobre właściwości eksploatacyjne.

64

WieLoFunkCyjne, Wygodne FoteLe

e-tekStyLia

Fotele są efektem wyjątkowego połączenia systemu zarządzania temperaturą i lekkiej konstrukcji. podstawą foteli są nowe, samonośne, plastikowe konstrukcje. użyta pianka jest zarówno wygodna, jak i lekka. Materiał polarowy dzięki wysokiej wchłanialności wilgoci, zapewnia dodatkowy komfort.

e-tekstylia to cienkie materiały z dostosowanymi do indywidualnych potrzeb powłokami przewodzącymi. zastępują one konwencjonalny system podgrzewania foteli. dają one przyjemne odczucie ciepła w okolicy pleców.

65

naukowcy od dawna pracują nad stworzeniem samochodu napędzanego innym paliwem niż benzyna lub diesel. obecnie najbardziej popularnymi zamiennikami są bioetanol i biodiesel, paliwa otrzymywane z roślin uprawianych specjalnie w tym celu, zamiast z zasobów energii wydobywanych z głębi ziemi. Bioetanol jest produkowany z tak zwanych roślin energetycznych, jak buraki czy kukurydza, natomiast biodiesel - z roślin o dużej zawartości oleju, głównie z rzepaku i słonecznika. niestety ten rodzaj paliwa wymaga ogromnych ilości surowca: aby wyprodukować 100 litrów bioetanolu potrzeba więcej kukurydzy niż jedna osoba jest w stanie jej zjeść w ciągu

roku. z tego powodu biopaliwa nie są w rzeczywistości przyjazne dla środowiska, nawet mimo tego, że samochody napędzane biopaliwem wydzielają nieco mniej zanieczyszczeń. najbardziej obiecującym paliwem nie jest nic innego jak powietrze. peugeot i Citroën wspólnie opracowały samochód hybrydowy napędzany za pomocą systemu hydraulicznego wykorzystującego sprężone powietrze. Samochód posiada też silnik benzynowy, który włącza się w momencie dużego obciążenia, na przykład podczas jazdy pod górę lub z dużą prędkością. Samochód, nazwany Hybrid air, będzie dostępny w sprzedaży od 2016 r.

przestaniemy postrzegać samochody jako prywatną własność, a współkorzystanie z pojazdów stanie się bardziej powszechne. pionierami takiego podejścia są portale, na których osoby jadące w to samo miejsce mogą umawiać się na wspólną podróż. jednym z najbardziej popularnych portali jest uber, obecnie działający w kilku państwach europy Środkowej. działa na zasadzie mobilnej aplikacji, która wyświetla kierowców należących do społeczności uber i znajdujących się w pobliżu, do których można zadzwonić jak po taksówkę, tyle że za niższą cenę. Czasem można też dzielić samochód z innymi pasażerami.

nowe zwyczaje użytkowania wymagają nowych typów samochodów: samochody

przyszłości będą o wiele lżejsze niż starsze modele, będą też zużywały o wiele mniej energii i wywierały mniejszy wpływ na środowisko. z pewnością podróże po terenie metropolii będą się odbywały w samochodach bez kierowców: będą one poruszać się po z góry określonych trasach pod kontrolą systemu gpS. te automatyczne pojazdy prt (personal rapid transit, szybki transport pasażerski) będą jeździć po torach lub trasach magnetycznych i przewozić od 3 do 6 osób, a pasażerowie będą wybierać miejsce docelowe wzdłuż określonej trasy. Choć brzmi to futurystycznie, to już teraz na świecie funkcjonuje ponad dziesięć systemów prt. najstarszy i największy na świecie tego typu system działa na terenie uniwersytetu West Virginia, dowożąc studentów i gości w popularne miejsca w całym mieście. Małe, automatyczne pojazdy są również używane na terenie lotniska Heathrow i w Masdarze, ekologicznym mieście powstającym w zjednoczonych emiratach arabskich.

Samochody pasażerskie bez kierowcy to już nie science fiction: istniejące od kilku lat automatyczne modele toyoty prius, będące własnością google, nie tylko nagrywają wygląd drogi, ale też są wyposażone w skomputeryzowane mapy, które odczytują znaki drogowe, znajdują alternatywne trasy i widzą światła uliczne

jeszcze zanim można je dostrzec gołym okiem. za pomocą laserów, radarów i kamer samochody te mogą analizować i przetwarzać informacje o otoczeniu szybciej niż człowiek. inżynierowie google przetestowali automatyczne samochody na ponad 300 000 kilometrów autostrad i dróg publicznych.

transport publiczny również nie uniknie innowacji. najbardziej obiecujące są tu pociągi magnetyczne, inaczej maglevy. pojazdy te są całkowicie ekologiczne, ponieważ poruszają się i utrzymują na torze dzięki polom magnetycznym. technologia ta pozwala na rozwijanie prędkości ponad 400 km/h w bezpieczny i niemal bezgłośny sposób. obecnie maglevy są używane w niemczech, japonii i Chinach, a najszybsze modele pokonują dystans 30 km w 7 minut. tradycyjny pociąg potrzebuje co najmniej trzy razy więcej czasu.

elektryczne autobusy również stają się coraz bardziej popularne, a konstruktorzy wciąż je udoskonalają. W Holandii na przykład prowadzone są eksperymenty nad super autobusem zasilanym akumulatorem litowo-polimerowym, do złudzenia przypominającym ogromny samochód sportowy, mogącym pomieścić 23 osób i poruszającym się z prędkością 250 km/h.

innoWaCyjny SuBStytut Benzyny

noWe perSpektyWy dLa tranSportu przySzłoŚCi

konStruktorzy MiaSt przySzłoŚCi Są zdania, Że naSze podejŚCie do SaMoCHodóW oSoBoWyCH uLegnie zMianie.

66

Fakty i liczby

90% mieszkańców dużych miast regularnie korzysta z transportu publicznego.

Stale rosnące natężenie ruchu powietrznego stanowi kolejne wyzwanie dla naukowców: jak sprawić, aby samoloty mniej zanieczyszczały powie-trze. każdego dnia po niebie na całej kuli ziemskiej porusza się ok. 90 tys. samolotów pasażerskich, emitując ogromne ilości odpowiedzialnego za efekt cieplarniany dwutlenku węgla i zużywając tony paliwa lotniczego, kerozyny, produkowanego z ropy naftowej. W ciągu dwóch godzin lotu samoloty te spalają ok. 30 tys. litrów paliwa. taka ilość paliwa wystarczy-łaby na sześćset tankowań średniego samochodu.zastąpienie kerozyny alternatywnym paliwem byłoby dużym krokiem w kierunku zrównoważonego ruchu powietrznego. W kilku miejsca produ-kuje się biopaliwo lotnicze: na przykład w Holandii planuje się podwojenie przepustowości ekologicznego portu lotniczego w rotterdamie, jed-nocześnie zmniejszając o 80% emisję Co2 dzięki zastosowaniu zrów-noważonego paliwa lotniczego. kolejnym projektem w trakcie realizacji jest inicjatywa o nazwie „greenSky London”, której celem jest produkcja 50 000 ton paliwa lotniczego i drugie tyle biodiesla z ok. 500 000 ton odpadów rocznie.ruch lotniczy nie może uniknąć wykorzystania odnawialnych źródeł energii, z których najbardziej oczywistą wydaje się energia słoneczna. panele słoneczne są już wykorzystywane do produkcji energii w małych samolotach. pierwsza tego typu maszyna na świecie, Solar impulse, ma rozmieszczone na skrzydłach 17 200 paneli słonecznych, które groma-dzą energię i przesyłają ją do silnika. Samolot ten już latał nad oceanami, a w 2015 r. ma wykonać lot dookoła ziemi. jednak napędzanie dużych samolotów pasażerskich energią słoneczną to wciąż marzenie. prawdopodobne jest, że naukowcy opracują roz-wiązanie hybrydowe, które pozwoli na utrzymanie dużego samolotu w powietrzu dzięki wykorzystaniu różnego rodzaju odnawialnych źródeł energii i ekologicznych paliw.

teraz MaMy teŻ nieBo do dySpozyCji

LatająCy SaMoLot

pierwszy latający samochód przeszedł już

pierwsze loty testowe i niedługo wejdzie do masowej produkcji. terrafugia transition

potrzebuje 30 sekund, żeby przekształcić się ze zwykłego samochodu w lekki, dwuosobowy samolot. Startując z pełnym zbiornikiem,

pojazd może przelecieć 644 km z prędkością podróżną 185 km/h.

67

ogniwa galwaniczne, akumulatory, ogniwa paliwowe - z punktu widzenia funkcjonowania są do siebie podobne, ponieważ działają na zasadzie przesyłu elektronów, czyli reakcji redoks. podstawą wytwarzania energii jest przestrzenne oddzielenie od siebie pobierania i oddawania elektronów, co oznacza, że elektrony muszą przemieścić się z anody (utlenianie) do katody (redukcja).

jeśli w ogniwie galwanicznym skończy się reagent, nie jest możliwa dalsza produkcja energii, co oznacza, że jest

to proces jednokierunkowy. W akumulatorach proces produkcji energii jest podobny, tyle że jest on elektrycznie odwracalny, to znaczy baterię można naładować. na przykład w akumulatorach litowych jony litu (Li+) migrują do ujemnej elektrody węglowej w trakcie ładowania, a podczas rozładowywania - do dodatniej elektrody tlenowej. W najnowszych akumulatorach litowo-polimerowych ciekłą elektrodę zastępuje specjalny plastik, dzięki czemu możliwe jest tworzenie bardzo małych, elastycznych źródeł energii.

największą zaletą ogniw paliwowych jest to, że działają dopóty dopóki są pełne. paliwem jest przeważnie wodór, ale niektóre modele są zasilane metanem i metanolem. proces chemiczny polega praktycznie na spalaniu paliwa, ale nie w konwencjonalny sposób: reagenty nie wchodzą ze sobą w kontakt, a elektrony są przesyłane przez membranę. W trakcie reakcji z wodoru powstaje woda, natomiast ze związków węgla tworzy się również dwutlenek węgla.

nauka pod MaSką

68

nauka jest również odpowiedzialna za produkcję wystarczającej ilości żywności o odpowiedniej jakości, aby zaspokoić potrzeby rosnącej światowej populacji. należy przy tym pamiętaj o minimalizowaniu wpływu na środowisko na każdym odcinku łańcucha pokarmowego.

przeczytaj o innowacyjnych rozwiązaniach naukowych stosowanych w uprawach roślin oraz nowej generacji opakowań i zerknij za kurtynę kuchni przyszłości.

69

zróWnoWaŻony łańCuCH pokarMoWy

70

jak nakarmić przyszłe pokolenia?Być może jeszcze nigdy nauka nie stała przed tak poważnym problemem, jak dzisiaj. Musi stworzyć podstawy rozwoju ziemskiej populacji, której liczba rośnie szybko i nierównomiernie. jednym z największych wyzwań jest zapewnienie wystarczającej ilości żywności dla całej ludzkości w możliwie najbardziej zrównoważony sposób.

głód i nadMierna konSuMpCja

z roku na rok zapotrzebowanie na żywność rośnie. zapotrzebowanie na białko zwierzęce wzrasta o 2 mln ton rocznie. Co roku potrzeba też o 26 mln ton więcej zboża. główną przyczyną jest wzrost populacji: co roku przybywa dodatkowe 80 mln osób, które trzeba nakarmić. kolejną przyczyną rosnącego zapotrzebowania na żywność jest nadmierna konsumpcja w krajach rozwiniętych, gdzie ludzie kupują zbyt wiele żywności,

która potem ląduje na śmietniku. z drugiej strony głód dotyka kraje rozwijające się, gdzie produkcja rolnicza nie jest w stanie nadążyć za wzrostem populacji, co jest przyczyną trwałych niedoborów żywności. nie powinniśmy też zapominać o ludziach, którzy cierpią nie tylko z powodu braku żywności, ale też jej niskiej jakości, która jest przyczyną niedożywienia z braku białka, witamin i mikroskładników odżywczych.

Fakty i liczby

roczne spożycie żywności na świecie:7 mld ton zbóż, co wymaga 746 hektarów gruntów uprawnych, 210 mln ton cukru, 259 mln ton tłuszczu.

71

Matka zieMia, karMiCieLka i ŻyWiCieLka

ziemia jest powiązana z żywnością: warzywami i owocami, a nawet z mięsem, ponieważ pasza, którą jedzą zwierzęta, jest uprawiana w ziemi. jednak tereny uprawne maleją z uwagi na rozwój miast i ich aglomeracji oraz wysokie tempo powstawania sieci dróg, które zabierają coraz więcej przestrzeni.

innym poważnym problemem jest erozja gleby, oznaczająca spadek jej wartości odżywczych. uprawa roślin pozbawia glebę

azotu, fosforu i potasu. Wieki temu po zbiorach pozostawiano pole nieobsiane, aby odpoczęło. obecnie rolnicy nie mogą sobie na to pozwolić, ponieważ produkcja musi dotrzymać tempa rosnącemu zapotrzebowaniu. W związku z tym obok tradycyjnych, organicznych nawozów ważną rolę odgrywają nawozy chemiczne, które dobrze uzupełniają substancje odżywcze w glebie.

72

78% atmosfery ziemskiej to azot atmosferyczny, którego wyższe rośliny nie mogą bezpośrednio wykorzystywać. do wzrostu potrzebują więc azotanów z gleby. jednak zbyt duża zawartość azotanów w glebie jest szkodliwa. jeśli azotanów w glebie jest więcej niż rośliny są w stanie wchłonąć, bakterie przenoszą azotany do gazu cieplarnianego znanego jako tlenek diazotu (n2o), którego oddziaływanie jest

trzy razy silniejsze niż dwutlenku węgla. niedawno naukowcy BaSF zwrócili uwagę na ten problem i opracowali inhibitor nitryfikacji, który, po wymieszaniu z nawozem, optymalizuje proces nitryfikacji, dzięki czemu stężenie azotanów w glebie nie przekracza zapotrzebowania roślin. pozwala to na bardziej efektywne wykorzystanie nawozów i znaczne zmniejszenie produkcji gazów cieplarnianych.

innoWaCyjna oCHrona gLeBy przed gLoBaLnyM oCiepLenieM

Fakty i liczby

80% gleby na świecie jest zniszczone.degradacja gleby następuje 17 razy szybciej niż jej rekultywacja.75 mld ton żyznej gleby co roku znikaz powierzchni ziemi.

73

okrągłe poLa upraWne

zrównoważone rolnictwo oznacza zarządzanie dostępnymi gruntami z użyciem jak najmniejszej ilości wody i energii, minimalizując produkcję odpadów i zapewniając wystarczającą ilość żywności dla danej społeczności. powstało już szereg pomysłów, które mogą przyczynić się do bardziej zrównoważonej produkcji rolnej. Ważniejsze inicjatywy to:

na terenach ubogich w deszcz często uprawia się rośliny na okrągłych polach. Metoda ta nazywa się nawadnianiem za pomocą deszczowni obrotowych (center pivot irrigation). jej zaletą jest

mniejsze zużycie wody niż w przypadku konwencjonalnych

metod nawadniania.

inżynierowie rolnictwa i projektanci miast przyszłości mają świadomość, że dostarczanie żywności mieszkańcom miast będzie najbardziej ekonomiczne, jeśli część upraw zostanie zlokalizowana na terenie miast, ponieważ dzięki temu uniknie się potrzeby transportu owoców i warzyw z dalekich odległości. ponieważ miasta są zatłoczone, rośliny mogą być uprawiane jedynie w pionie. W tym celu buduje się specjalne wieżowce szklarniowe. Widzi się też coraz więcej ozdobnych ogrodów na ścianach domów. oprócz funkcji estetycznej, pomagają one również oczyszczać miejskie powietrze.

akwaponika jest metodą produkcji żywności łączącą intensywną hodowlę ryb w zbiornikach (akwakultura) z uprawą roślin w wodzie (hydroponika). odgrywa ona ważną rolę w rewolucji rolniczej. Woda krąży w zamkniętym obiegu: razem z odchodami organicznymi jest przepompowywana ze zbiornika z rybami do korzeni roślin, które pobierają z niej substancje odżywcze. rośliny są uprawiane na tacach wypełnionych żwirem lub kulkami gliny. przepływając przez nie wolno, woda jest oczyszczana, a następnie wraca do zbiornika z rybami, gdzie proces zaczyna się od nowa. największą zaletą akwaponiki jest jej niemal całkowita samowystarczalność; jej wydajność można poprawiać jedynie przez dodawanie bakterii i uzupełnianie parującej wody.

W chłodniejszych regionach szklarnie są często budowane pod ziemią. tego typu szklarnie wykorzystują zalety pasywnego ogrzewania słonecznego i domów tzw. „earthships”: gleba ma bardzo dobre właściwości izolacyjne, dzięki czemu szklarnie utrzymują ciepło słoneczne przechodzące przez szyby. W ten sposób powstaje ciepłe, jasne i stabilne środowisko do uprawy roślin przez cały rok.

gLoBaLne WyzWanie: oSiągnięCie WiękSzej zróWnoWaŻonoŚCi roLniCtWa

pio

no

Wy

og

ró

d

akWaponika

podzieMna SzkLarnia

74

Czy wiedziałeś, że...?Od kilku lat w niektórych europejskich miastach na dachach bloków mieszkalnych zakłada się wspólnotowe ogrody, gdzie mieszkańcy mogą uprawiać warzywa, zioła lub owoce na własne potrzeby. W niektórych miejscach dozwolona jest również hodowla drobiu i pszczół.

•

inżynierowie badający możliwości utrzymania wysokich plonów przy zmniejszonym zużyciu wody lub w ekstremalnych warunkach pogodowych są również aktywnie zaangażowani w walkę o zrównoważony rozwój. dział ochrony roślin w BaSF jest pionierem w tego typu badaniach. jego zespół opracował rośliny odporne na stres, które między innymi są bardziej wytrzymałe na suszę. naukowcy zbadali kaktusy i mchy rosnące w gorących, suchych regionach i odkryli ponad 100 genów odpowiedzialnych za zwiększoną tolerancję roślin na stres. Badania pokazały, że gatunki posiadające takie geny mogą przeżyć bez wody przez dwa tygodnie, podczas gdy „normalne rośliny” usychają. ostatnio badacze pracują nad roślinami hybrydowymi, które

pozwoliłyby osiągnąć odporność upraw na suszę. inżynierowie stworzyli również produkt pestycydowy, który zwiększa odporność roślin na choroby i czynniki środowiskowe, dzięki czemu rośnie wydajność plonów.

nauka może również przyczynić się do poprawy wartości odżywczych produktów spożywczych, co jest szczególnie ważne w krajach rozwijających się, gdzie niedożywienie jest częstym problemem. grupa BaSF zajmująca się odżywianiem opracowała kilka substancji, które używać do poprawy wartości odżywczych żywności. Substancje te zawierają witaminy, karotenoidy oraz kwasy tłuszczowe omega-3. Można je dodawać zarówno do płynnych, jak i stałych produktów spożywczych, jak na przykład

wzbogacone płatki zbożowe, nabiał typu płynny jogurt, czy żywność dla dzieci.

zaangażowanie niemieckiej firmy w zrównoważony rozwój zaowocowało opracowaniem metody całościowej oceny zrównoważoności w rolnictwie, zwanej agBalance™. Metoda ta poddaje ocenie 69 wskaźników w trzech wymiarach: środowiska, społeczeństwa i gospodarki. agBalance uwzględnia na przykład równowagę odżywczą gleby, bioróżnorodność gatunków zamieszkujących tereny uprawne, pozostałości w żywności i paszy oraz stałe i zmienne koszty. pierwsze badanie agBalance dotyczyło produkcji rzepaku w niemczech w latach 1998-2008; wyniki pokazały, że całkowita zrównoważoność upraw wzrosła o 40%.

W CzyM MoŻe poMóC BioteCHnoLogia?

75

rolnictwo precyzyjne to długo oczekiwany cel. polega ono na możliwie najbardziej precyzyjnym nawożeniu, spryskiwaniu, nawadnianiu i zbieraniu plonów. dzięki temu można zmniejszyć zużycie pestycydów i paliwa do kombajnów; ponadto, jeśli kombajny będą poruszać się po ściśle okre-ślonych trasach, zmniejszy się powodowane przez nie zanieczyszczenie środowiska. z tego powodu powszechnie stosowane są pojazdy rolnicze wspomagane systemem gpS, który zwiększa precyzję ich pracy.

jest to obszar kryjący wiele fascynujących możliwości. łączenie wie-lu technologii i obszarów badawczych może prowadzić do niezwykle interesujących rozwiązań, jak na przykład stosowanie nanochmur. Są to w rzeczywistości mikroskopijne czujniki badające czynniki środowiskowe mające wpływ na uprawy, jak wiatr, wilgotność, temperatura i wilgotność gleby, na powierzchni do 30 akrów. takie zaawansowane, bezprzewodo-we czujniki są już z powodzeniem stosowane w kalifornijskich winnicach. innym coraz powszechniejszym urządzeniem są drony, czyli zdalnie sterowane, bezzałogowe statki latające pozwalające rolnikom na monito-rowanie upraw z powietrza. Są to lekkie urządzenia, które lecąc na niskiej wysokości, robią szczegółowe zdjęcia upraw, na podstawie których można na czas określić, które obszary potrzebują herbicydów i w jakich ilościach, lub gdzie trzeba nawodnić glebę. najbardziej zaawansowane drony robią wysokiej rozdzielczości zdjęcia w podczerwieni liściom roślin, na podstawie których można stwierdzić, czy roślina dostaje wystarczają-cą ilość wody i składników odżywczych. W japonii drony są też używane do spryskiwania roślin, dzięki czemu pestycydy trafiają do tych roślin, które ich naprawdę potrzebują.

drony i nanoCHMurynad poLaMi

76

ne ulega wątpliwości, że hodowla żywca jest wyjątkowo niewydajna, jeśli chodzi o zużycie paszy i wykorzystanie terenu, a ponadto wiąże się z cierpieniem zwierząt. jest też główną przyczyną globalnego ocieplenia, a jej produkty uboczne powodują zanieczyszczenie wody pitnej.

Wydaje się, że nie wystarczy jedynie zmniejszyć produkcji, żeby poprawić sytuację. potrzebne są bardziej radykalne rozwiązania, którym z pomocą przychodzi nauka. naukowcy eksperymentują nad produkcją mięsa w warunkach laboratoryjnych od 2008 r. pobierają próbki tkanek od dwóch typowych sztuk bydła i na bazie tej kultury komórkowej hodują tkankę mięśniową. na przykład mięso na hamburgery zawiera 20 tys. włókien mięśniowych. Mięso otrzymywane w ten sposób nie jest modyfikowane genetycznie; komórki są takie same, jak w przypadku konwencjonalnego rozwoju w ciele żywego zwierzęcia. proces jest bardzo wydajny: z jednej próbki można otrzymać 20 tys. ton wołowiny. Metoda ta może pozwolić zmniejszyć zużycie terenów uprawnych i wody przez zwierzęta hodowlane o 90%, a zużycie energii - o 70%. efektywna produkcja w warunkach laboratoryjnych mięsa nadającego się do spożycia przez ludzi wymaga wciąż wielu badań, jednak jest motywacja: organizacja ochrony zwierząt peta wyznaczyła nagrodę w wysokości miliona dolarów dla pierwszego zespołu badawczego, który wyprodukuje jadalne mięso kurczaka.

MięSo Bez MięSa Fakty i liczby

70% terenów uprawnych zajmuje hodowla żywca.50% - połowę wody pitnej wypijają zwierzęta hodowlane.50% - zwierzęta hodowlane są odpowiedzialne za 50% gazów cieplarnianych.

77

algi są jedną z najbardziej obiecujących roślin, mogących uratować świat od głodu. jako rośliny wodne, algi rosną znacznie szybciej. dzięki temu z jednego hektara alg można uzyskać tyle samo białka co z 21 akrów soi lub 49 akrów kukurydzy. ponadto bioróżnorodność alg jest ogromna: istnieje ponad 800 tys. gatunków tych roślin. algi mogą być jednokomórkowe lub wielokomórkowe jak 60-metrowy wielkomorszcz gruszkonośny. algi wytwarzają węglowodany, oleje, białka, witaminy, barwniki i substancje organiczne. dzięki temu mają szerokie zastosowanie w wielu branżach, np. w przemyśle spożywczym, kosmetycznym czy farmaceutycznym, ale również w produkcji biopaliwa. odgrywają też inną ważną rolę: 90 procent ziemskiego tlenu jest produkowanego przez algi w wyniku fotosyntezy, w związku z czym substancje pochodzące od alg są zdolne również do pochłaniania dwutlenku węgla.

algi hodowane w fotobioreaktorach mogą być używane do produkcji ważnych substancji, ponieważ zmiana optymalnych czynników wywołuje reakcję stresową, która często skutkuje otrzymaniem nowej materii lub nagłym wzrostem produkcji istniejącej materii. do takich systemów należą na przykład bioreaktory zdolne do produkcji wodoru. od dawna wiadomo, że niektóre algi mogą wytwarzać wodór: w pewnych warunkach pobierają składniki odżywcze, które wcześniej wyprodukowały w wyniku fotosyntezy. proces ten nazywa się biofotolizą. Wyeliminowanie siarki i tlenu powoduje tak duży wzrost produkcji wodoru, że możliwe jest wytwarzanie energii (niedobór siarki „wyłącza fotosyntezę”, dlatego proces wytwarzania energii, w wyniku którego powstaje również wodór, staje się ważny dla alg.) istnieje już wiele patentów na produkcję substancji aktywnych (np. składników leków, suplementów diety), wśród których jednym z ważniejszych jest bardzo zdrowy olej algowy: zawiera wiele nienasyconych składników, a w wyniku pewnego rodzaju stresu znacznie wzrasta też zawartość kwasu tłuszczowego omega-3. kwasy tłuszczowe omega-3 są bardzo ważne, jednak często spożywamy je w zbyt małych ilościach. zaburzona jest też równowaga miedzy kwasami omega-3 i omega-6.

ŻyWnoŚć przySzłoŚCi:Mikro aLgi

Czy zjadłByŚroBaka?

onz niedawno opublikowała szczegółowy raport na temat jadalnych owadów, wychodząc z założenia, ze

coraz więcej osób będzie zmuszonych do jedzenia bogatych w białko

insektów w związku z nadchodzącym kryzysem żywnościowym. dla wielu sam pomysł wydaje się odrażający,

ale musimy pamiętać, że w niektórych kulturach od wieków je się owady i są one nadal pożywieniem dla miliardów

ludzi na całym świecie.

FotoBioreaktor

Produkcja mikro alg na skalę przemysłową w naszym klimacie jest możliwa jedynie w sztucz-nych warunkach. Algi są więc produkowane w zamkniętych systemach, gdzie panują opty-malne warunki do ich hodowli dzięki połączeniu naturalnego i sztucznego światła i zapewnieniu odpowiedniej temperatury. Urządzenia do ho-dowli alg nazywają się fotobioreaktorami.

78

inteligentne opakowania spożywcze przyszłości

W dzisiejszych czasach prace badawczo-rozwojowe poświęcone opakowa-niom spożywczym są nie mniej intensywne niż badania nad samą żywno-ścią. innowacje i zaawansowane technologie pozwalają tworzyć kartony, folie i butelki zapewniające świeżość i bezpieczeństwo produktów spożywczych. jednak równie ważna jak bezpieczeństwo żywności jest ochrona środowi-ska - co motywuje naukowców do opracowywania nowych technologii.

noWa era opakoWań

jest kilka powodów wzrostu ilości opakowań spożywczych na całym świecie. ponad połowa światowej populacji mieszka w miastach, gdzie możliwości samodzielnego wytwarzania produktów spożywczych są ograniczone. oznacza to, że 3,5 miliarda mieszkańców miast musi kupować żywność poza domem - i zazwyczaj jest to żywność pakowana. ponadto wzrasta liczba osób mieszkających samotnie, które wybierają mniejsze porcje. obserwuje się też tendencję do spożywania posiłków w przerwach w pracy, co również zwiększa ilość pakowanych produktów spożywczych. niestety większość opakowań spożywczych ląduje w koszu niemal natychmiast po

otwarciu. Są to przeważnie opakowania plastikowe, butelki pet lub metalowe puszki po napojach, których rozkład trwa wiele dziesiątków lat.

nie tylko ilość materiałów opakowaniowych, ale też odpadów spożywczych, zwłaszcza w wysokorozwiniętych krajach, jest zatrważająca. Wyrzucamy odpady powstałe przy przygotowaniu posiłków, ale też niezjedzoną żywność. najsmutniejsze jest to, że większość odpadów spożywczych wrzucamy do kosza razem z opakowaniami: przeterminowane produkty są wyrzucane w nieotwartych opakowaniach.

Fakty i liczby

1,3 mld - ilość tonproduktów spożywczych - około jedna trzecia całkowitej produkcji - marnujących się co roku na całym świecie.95-115 kg - ilość nadających się do zjedzenia produktów spożywczych marnujących się co roku w uprzemysłowionych krajach w przeliczeniu na osobę.

79

naukowcy próbują znaleźć rozwiązanie tego problemu, wprowadzając szereg innowacyjnych technologii opakowaniowych. jednym z ich głównych celów jest znaczne zmniejszenie ilości marnowanej żywności poprzez wydłużenie czasu zachowywania świeżości w opakowaniu. Można to osiągnąć poprzez odcięcie dostępu tlenu, co zatrzyma rozmnażanie się bakterii rozkładających. dział tworzyw Sztucznych niemieckiej firmy BaSg opracował specjalny materiał kompozytowy, stosowany głównie do pakowania plastrowanych wędlin, mortadeli i serów na tackach. Mająca kontakt z żywnością tacka jest wykonana z poliamidu, który jest jednocześnie twardy i elastyczny, a co ważniejsze

zatrzymuje tlen i dwutlenek węgla. zewnętrzną warstwę stanowi folia Bopa (z dwuosiowo zorientowanego poliamidu), niezwykle elastyczna i nierwąca, a wewnętrzna warstwa blokuje dostęp powietrza.kolejną technologią opakowaniową pozwalającą na zachowanie świeżości produktów jest pakowanie w atmosferze ochronnej (Modified atmosphere packaging, Map). dzięki tej technologii powietrze otaczające produkt spożywczy jest zastępowane atmosferą ochronną specjalnie przystosowaną do żywności. Może być nią na przykład mieszanina azotu i dwutlenku węgla. te wolno reagujące gazy, zastępując tlen, spowalniają wzrost bakterii bez użycia substancji konserwujących.

innym ważnym celem badaczy, oprócz zapewnienia higieny żywności, jest tworzenie opakowań przyjaznych dla środowiska. do tego celu służą biodegradowalne plastiki, coraz częściej stosowane do produkcji toreb na zakupy i worków na śmieci. BaSF, firma z branży chemicznej, jest liderem w rozwoju biodegradowalnych tworzyw sztucznych. tworzywo poliestrowe ecoflex®, wytworzone z użyciem bakterii, grzybów, wody, tlenku węgla i biomasy, rozkłada się w ciągu kilku tygodni, nie zostawiając żadnych resztek. ecoflex® jest stosowany do powlekania kubków papierowych i do pakowania termokurczliwego żywności oraz w torbach, które można wyrzucać do przydomowych kompostowni.

80

na CzyMpoLega

koMpoStoWanie?kompostowanie jest procesem biologicznym, w trakcie którego

odpady organiczne (resztki jedzenia, fusy z herbaty, odpady

zielone) ulegają naturalnemu rozkładowi. W efekcie tego

procesu powstaje kompost, który można wykorzystać na przykład

do użyźniania gleby.

Czy wiedziałeś, że...?Dodatki mogą sprawić, że opakowanie będzie się nadawało do recyklingu. zwiększanie recyklingu i zmniejszanie wymogów materiałowych; produkty BASF przyczyniające się do zwiększania recyklingu i zmniejszania wymogów materiałowych zawierają dodatki, dzięki którym tworzywa sztuczne są bardziej elastyczne i odporne na starzenie się i rwanie. Są one stosowane w takich procesach, jak na przykład recykling butelek PET po napojach. Dodatki BASF należące do rodziny Joncryl® sprawiają, że materiały poddane recyklingowi mają właściwości nowych butelek PET. Ponadto substancje chemiczne do produkcji papieru firmy BASF umożliwiają produkcję nowego papieru i kartonów z włókien po recyklingu.

•

opakoWania -inteLigentnyinSpektor ŻyWnoŚCi

trudno jest określić dokładny termin przydatności do spożycia nietrwałych produktów spożywczych, ponieważ zależy on w dużej mierze od temperatury przechowywania. Żywność może psuć się dziesięć razy szybciej w temperaturze 8-10 °C niż w 0 °C, dlatego trwają prace nad inteligentnymi wskaźnikami dla przemysłu spożywczego, które natychmiast sygnalizowałyby, że dany produkt nie nadaje się już do spożycia. Szwedzcy naukowcy wprowadzają do opakowań „systemy węchowe”, które monitorują jakość produktów spożywczych. System te mierzą temperaturę, wilgotność i zmiany zachodzące w niektórych związkach. na przykład w trakcie dojrzewania owoców zmienia się zawartość etylenu, natomiast wygląd heksanolu świadczy

o ich psuciu się. Czujniki wykrywają też obecność innych patogenów i skutki promieniowania uV, jak również przeciekanie, wysychanie i inne uszkodzenia opakowań. zmiana koloru opakowań oznacza niską jakość. takie opakowania mogą się nie otwierać.

dylemat co do terminu przydatności do spożycia dotyczy również mrożonek, ponieważ nie mamy pewności, czy dany produkt był odpowiednio głęboko mrożony. Czasowy wskaźnik temperatury opracowany przez BaSF pozwala monitorować żywność podczas transportu od producenta do sklepu. klienci na podstawie wskazań etykiety mogą sprawdzić, czy produkt był cały czas przechowywany w odpowiedniej temperaturze. etykiety onVu™ iCe są

zadrukowywane termoczułym tuszem; im ciemniejszy kolor, tym lepsze były warunki przechowywania schłodzonych i mrożonych produktów.

kolejną technologią pozwalającą sprawdzić rzeczywisty stan produktów spożywczych jest identyfikacja za pomocą fal radiowych (rFid, radio frequency identification). elektroniczne czipy umieszczane na opakowaniu zamiast tradycyjnych kodów kreskowych zawierają wszystkie ważne informacje o produkcie spożywczym jak składniki, zawartość alergenów i oczywiście termin ważności. Czipy rFid są proste i szybkie w odczycie. pozwalają też sprawdzić, kiedy dokładnie dany produkt został wytworzony i jaką drogę przebył, zanim dotarł do sklepu.

zmiana koloru opakowań oznacza niską jakość. takie opakowania mogą się nie otwierać.

81

zjedzopakoWanie? ??

ŚWiatoWa SenSaCja:pierWSzaSaMoCHłodząCa puSzka

Samochłodząca puszka zmniejsza temperaturę napoju o 1°C w ciągu trzech minut. puszka ChillCan zawiera cylindryczną komorę wypełnioną dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem, zakończoną zaworem wystającym poza denko puszki i wyposażonym w przycisk. po naciśnięciu przycisku zawór otwiera się, powodując ucieczkę Co2. gaz, w miarę rozszerzania się, pobiera ciepło z otaczającego płynu, w ten sposób obniżając jego temperaturę. ten rodzaj puszek - z napojem energetycznym - jest już dostępny w sprzedaży w uSa.

niektórzy sądzą, że nowa generacja opakowań będzie się różnic również zastosowaniem: będą one służyć nie tylko do przechowywania jedzenia, ale same w sobie też będą jadalne. pionierem w dziedzinie jadalnych opakowań jest dr david edwards, profesor inżynierii biomedycznej z Harvardu. razem z zespołem naukowców opracował on jadalną membranę wykonaną z biodegradowalnego polimeru i cząsteczek spożywczych, która może zastąpić tradycyjne materiały opakowaniowe, jak celofan czy tektura. jadalna membrana o nazwie „Wikicell” działa na podobnej zasadzie, jak skórka owocu chroniąca jego miąższ. edwards uważa, że Wikicell może mieć najróżniejsze smaki, stosownie do pakowanych produktów. jak na razie jego zespól opracował membranę o smaku pomidorowym do przechowywania gazpacho, membranę winogronową z winem w środku i inne. edwards opracował również prototypową butelkę z powłoką podobną do skorupki jajka, którą można obrać lub zjeść razem ze znajdującą się pod nią membraną.

ta membranowa substancja przypomina popularne obecnie kapsułki z detergentami, gdzie płyn jest zamknięty w przezroczystej, przypominającej folię osłonce, która rozpuszcza się w trakcie prania w pralce w wyniku kontaktu z odpadami.

Chociaż teraz wydaje się to niewyobrażalne, żeby jeść kanapkę razem z opakowaniem, jadalne materiały do pakowania z pewnością odegrają ważną rolę w przyszłości. Szereg zespołów badawczych na całym świecie pracuje nad stworzeniem jadalnych materiałów opakowaniowych do napojów bezalkoholowych, słodyczy, a nawet świeżego mięsa.

82

deSign na SłuŻBie zróWnoWaŻonyCH opakoWań

jak widać z powyższego opisu, minęły już czasy, kiedy opakowania służyły jedynie do przechowywania żywności i ewentualnie zwrócenia uwagi konsumentów. Choć ta druga ich funkcja jest nadal istotna, to dzisiaj projektantom zależy przede wszystkim na tworzeniu wyjątkowo funkcjonalnych, a jednocześnie naturalnych opakowań. W wyniku ich wysiłków jakość opakowań spożywczych wykonanych z makulatury, używanych do pakowania bioproduktów, ciągle rośnie. naukowcy ostrzegają jednak, że makulatura może zawierać pozostałości tuszu, a co za tym idzie również niebezpiecznych olejów mineralnych. z tego powodu, aby zapewnić bezpieczeństwo żywności, produkt spożywczy musi być oddzielony od opakowania z makulatury cienką warstwą ochronną.„inteligentna butelka”, będąca etapem przejściowym pomiędzy tradycyjnymi, sztywnymi opakowaniami a elastycznymi

woreczkami, może również wyglądać imponująco na sklepowych półkach. jest wykonana z elastycznych folii. krawędzie są utwardzone za pomocą płaskich, sztywnych uszczelek, które pozwalają nadać kształt opakowaniu. opakowania te, przed napełnieniem płynami, zajmują mniej miejsca w transporcie, a po zużyciu produktu są mniejsze objętościowo jako odpady.Sztuka projektowania opakowań dotyczy również etykiet i nadruków. Szkodliwe farby olejowe są coraz częściej zastępowane bezpiecznymi dla środowiska farbami wodnymi. prawdziwym przełomem w zakresie etykiet będzie pojawienie się pierwszych ruchomych obrazów na opakowaniach. Czy to brzmi futurystycznie? W istocie kilka grup naukowców pracuje obecnie nad takim rozwiązaniem, a opakowania z ruchomymi obrazami są już testowane. powodem, dla którego nie ma ich jeszcze na półkach sklepowych, jest zbyt wysoki koszt produkcji.

Czy wiedziałeś, że...?Japonia jest bastionem opakowań spożywczych: stąd pochodzi wiele nagradzanych projektów opakowań. W Japonii do produkcji opakowań często używa się bambusa i innych materiałów pochodzenia roślinnego. Większość talerzy i pałeczek jest również wykonana z włókna bambusowego. Japończycy przodują nie tylko w wykorzystaniu materiałów, ale też w technologiach. Jednym z ich przełomowych wynalazków jest system mrożenia zachowujący świeżość produktów Ultra-Freshness Preservation Freezing System stosowany do pakowania surowych ryb. Ten system szybkiego mrożenia wykorzystuje wysoki „potencjał elektryczny” poprzez jednoczesne zastosowanie prądu stałego i zmiennego do błyskawicznego schładzania produktów bez utleniania, dzięki czemu zmniejsza się wielkość kryształków lodu tworzących się w komórkach produktów spożywczych.

•

83

SztukaMroŻenia

Wielkość kryształków lodu tworzących się w procesie zamrażania w dużej mierze wpływa na jakość mrożonej żywności, ponieważ duże kryształki uszkadzają ściany/membrany komórkowe, w wyniku czego po odmrożeniu produkty nie odzyskują swojego pierwotnego kształtu. Małe kryształki powodują mniej uszkodzeń. rozmiar kryształków tworzących się podczas zamrażania - lub w trakcie wytrącania z roztworu - zależy od tempa dwóch procesów: powstawania zarodków i wzrostu kryształków. jeśli pierwszy proces następuje szybko, a drugi wolno, powstaje bardzo wiele małych lub wręcz mikroskopijnych kryształków, a w odwrotnym wypadku tworzy się niewielka ilość, ale za to dużych kryształów - w naturze mogą one osiągać wagę kilku ton. Szybkie zamrażanie przyspiesza proces tworzenia się zarodków, co powoduje, że jest ono preferowaną technologią w przemyśle spożywczym. najbardziej odpowiedni do szybkiego mrożenia jest ciekły azot, który może schładzać żywność do temperatury -196 °C.

Wzrost ilości aminów biogenicznych może również wskazywać na psucie się żywności bogatej w białko. aminy biogeniczne powstają z aminokwasów (produktów hydrolizy białek) w wyniku dekarboksylacji w procesie fermentacji lub psucia się żywności. Fermentowane produkty (jak ser czy wino) zawsze zawierają substancje, które w dużych ilościach są toksyczne. Całkowita ilość czterech głównych aminów biogenicznych (histaminy, tyraminy, putrescyny i kadaweryny (ostatni z nich to „toksyczny odpad”) wskazuje na zepsucie się mięsa. istnieją już inteligentne opakowania lub niewielkie naklejki, które przez zmianę koloru sygnalizują o zwiększonej ilości aminów, co świadczy o zepsuciu się mięsa.

Fermentowane produkty (jak ser czy wino) zawsze zawierają substancje,które w dużychilościach sątoksyczne.

84

nauka w kuchni innowacje ułatwiają codzienne życie na wiele sposobów. rozwój dotyka wszystkich obszarów życia, w tym odżywiania. W nadchodzących dekadach żywność i kuchnia ulegną takim zmianom, że nie będziemy już poznawać tego, co zobaczymy na talerzu. ale zawartość talerza pozna nas...

inteLigentna kuCHnia i urządzenia kuCHenne

rozwój urządzeń kuchennych, podobnie jak każdy inny rozwój, jest podyktowany zmieniającymi się potrzebami użytkowników. Chcielibyśmy, żeby przygotowanie posiłków trwało krótko, ale jednocześnie chcemy jeść zdrowo, pożywnie i smacznie i żeby dania ładnie wyglądały. ponadto oczekujemy zaawansowanych technicznie urządzeń w kuchni, ponieważ jesteśmy przyzwyczajeni do korzystania z takich rozwiązań gdzie indziej. Wyposażenie kuchni przyszłości będzie odpowiedzią na takie wymagania, a dla nas być może okaże się ono równie fascynujące, jak pierwsze lodówki czy kuchenki mikrofalowe dla naszych babć. kuchnia przyszłości będzie przypominać dobrze wyposażone laboratorium, w którym inteligentne urządzenia będą działały na zasadzie czujników rozpoznających na przykład nasz głos i automatycznie zapalających światło

po naszym wejściu do kuchni. kuchnia będzie znała nasze przyzwyczajenia żywieniowe i będzie nam zalecać potrawy i napoje, a może nawet pełną dietę, którą przedstawi nasz holograficzny szef kuchni. za pomocą ekranu dotykowego będziemy wybierać, którą część płytki chcemy rozgrzać. Będziemy też hodować własne warzywa w hydroponicznych, bezglebowych ogrodach kuchennych. urządzenia kuchenne będą komunikować się ze sobą. na przykład jeśli wybierzemy w elektronicznej książce kucharskiej przepis na pieczoną wołowinę, inteligentna zamrażarka natychmiast uruchomi program rozmrażania mięsa. a skoro mowa o zamrażarkach, inżynierowie już pracują nad modelem, o którym na pierwszy rzut oka będzie można powiedzieć wszystko, ale na pewno nie to, że jest to coś, co powinno stać w kuchni. ten pomysł to lodówka Bio robot

refrigerator, która za pomocą specjalnej substancji żelowej podtrzymuje i schładza wkładane do niej produkty. nie tylko wygląd, ale też zasada działania lodówki, której projekt już został nagrodzony, jest nietypowa. urządzenie to nie posiada silnika, ani innych technologii typowych dla lodówek, a chłodzenie produktów jest możliwe dzięki zastosowaniu specjalnego żelu biopolimerowego. aby skorzystać z lodówki produkty po prostu wciska się w ten żel, który jest bezzapachowy i nieklejący, i zostawia do czasu, a że będą nam znowu potrzebne. Środkiem chłodzącym są „bioroboty” zawarte w żelu, które wykorzystują światło generowane w niskich temperaturach do konserwacji żywności. zużycie energii na chłodzenie jest zerowe, jedynie panel sterowania urządzenia pobiera niewielka ilość prądu.

85

gotoWanie i LekCja CHeMii W jednyM

Szczypta soli, garść ryżu - takich słów na pewno nie usłyszymy w kuchni przyszłości, gdzie temperatura będzie podawana z dokładnością do pół stopnia Celsjusza, a czas gotowania będzie mierzony w sekundach. nie oznacza to oczywiście, że musimy rezygnować z kreatywności i eksperymentowania w kuchni, bo przecież na tym polega sztuka gotowania, ale zróżnicowane procesy gotowania w przyszłości pomogą kucharzom osiągać niemal laboratoryjną precyzję. procesy fi zykochemiczne wykorzystywane w gastronomii molekularnej zostały opracowane przez szefów kuchni i naukowców, a wkrótce będziemy mogli je naśladować. podstawą nowatorskiego przyrządzania potraw jest osiąganie wyjątkowego smaku i konsystencji potraw dzięki chemicznemu rozbiciu składników na bardzo drobne części za pomocą specjalnych technik i zaawansowanych urządzeń. koncepcja opiera się na podejściu do gotowania z perspektywy naukowej, jednocześnie pamiętając, że jest to czynność codzienna. efektem są nowe i innowacyjne doznania kulinarne. dzięki tym technologiom możliwe będzie przyrządzanie ekstremalnych potraw, jak pudding jabłkowy z jagodowym spaghetti, strzelający groszek czy molekularna pianka malinowa.

uSiądŹ na LodóWCe

inżynierowie tworzyw sztucznych w BaSF również stworzyli lodówkę przyszłości, niemal w całości wykonaną ze specjalnych tworzyw sztucznych.dzięki dużej elastyczności materiałów sztucznych, kształt Coolpure 1.0 w niczym nie przypomina tradycyjnych lodówek - słupków; urządzenie to może służyć zarówno do chłodzenia żywności jak i do siedzenia. ponadto tworzywa sztuczne mają dobre właściwości izolacyjne, dzięki czemu lodówki te są energooszczędne.

86

reForMy gaStronoMiCzne

pojęcie gastronomii molekularnej powstało w wyniku spotkania fizyka nicholasa kurti z fizykochemikiem Hervé thisem. Specjalnością pochodzącego z Węgier nicholasa kurti jest termodynamika. przeprowadził on wiele eksperymentów na materiałach w bardzo niskich temperaturach. uważał, że to niedobrze, że wiemy więcej o wewnętrznej temperaturze gwiazd niż o wewnętrznej

temperaturze puddingu ryżowego, postanowił więc upowszechnić wiedzę o naukowej stronie sztuki gotowania. to on ukuł pojęcie gastronomii molekularnej oraz zorganizował pierwszą konferencję o gastronomii molekularnej. Był głęboko przekonany, że nie da się oddzielić chemii i fizyki od gotowania. dlatego też zachęcał szefów kuchni do zdobywania specjalistycznej wiedzy naukowej.

pozoStaje pytanie, jak i z Czego tWorzyć takie SpeCjały?

pozostaje pytanie, jak i z czego tworzyć takie specjały? oprócz typowych produktów, jak warzywa i owoce, potrzebne są też materiały, które zmieniają zwykły wygląd i konsystencję składników. tego typu materiały i podstawowe procesy gastronomii molekularnej są często stosowane w przemyśle spożywczym, chociaż ich wygląd jest tutaj mniej istotny. W kuchni molekularnej chodzi o to, aby potrawy zaskakiwały, to znaczy aby ich wygląd i smak na pierwszy rzut oka nie pasowały do siebie. Czy chciałbyś spróbować spaghetti, gdybyś wiedział, że będzie miało smak czerwonej porzeczki? albo czy skusiłbyś się na kawior, jeśli wiedziałbyś że zamiast rybnego, ma waniliowy smak?

teraz możesz też poznać niektóre procesy modyfikacji konsystencji stosowane w gastronomii molekularnej:

ta metoda polega na wydzielaniu lecytyny z

naturalnych składników, takich jak jaja czy soja i używaniu jej

do spieniania i napowietrzania. jest ona stosowana nie tylko w gastronomii molekularnej,

ale też w przemyśle spożywczym.

Napowietrzanie

Często stosowanym dodatkiem jest pasta emulsyfikująca

wytwarzana z tłuszczy zwierzęcych i roślinnych. pozwala ona na łączenie składników, które nie

mieszają się ze sobą, na poziomie koloidalnym, uzyskując wyjątkowy

smak i konsystencję potraw.

Sferyfikacja polega na żelowaniu płynów. technika ta pozwala na osiągnięcie dwóch rodzajów efektów: zamiany

całego płynu w żel w wyniku powolnego stężania, lub tworzeniu kulek, których

zawartość pozostaje płynna (drugi proces określa się mianem sferyfkacji).

Właściwości sferyfikacji posiadają alginat wydzielony z alg oraz chlorek

wapnia, ponieważ stanowią substancję nierozpuszczalną w wodzie, tworzącą

powłokę na powierzchni kropli (barwiony, smakowy roztwór alginatu jest wkraplany

do roztworu chlorku wapnia).

EmulsyfikacjaSferyfikacja

87

Metilgel, substancja uzyskiwana z celulozy, jest używany do spieniania na ciepło. jego główną właściwością

jest przechodzenie w żel w temperaturze powyżej 60 stopni Celsjusza oraz zmiękczanie się w

trakcie chłodzenia. W związku z tym jest szeroko stosowany w przemyśle spożywczym w daniach gotowanych,

natomiast w gastronomii - jako substancja łącząca.

W przypadku łączenia surowców różnobiegunowych, na przykład

oleju i octu, homogenizacja ultradźwiękowa jest bardziej skuteczna niż mieszanie mechaniczne. drganie fal dźwiękowych pomiędzy 20 kHz

a 10 MHz powoduje ruch substancji na poziomie molekularnym, dzięki

czemu możliwe jest łączenie ze sobą różnych składników, jak olej i ocet, w

jednorodne emulsje. niewątpliwie najbardziej widocznym

elementem kuchni molekularnej jest kąpiel w ciekłym azocie. Ciekły azot zamraża artykuły spożywcze w temperaturze -196 stopni Celsjusza. towarzyszy temu spektakularny efekt parowania. na przykład, robiąc lody,

wystarczy zmiksować składniki i polać je ciekłym azotem, żeby natychmiast

zamarzły. Można również błyskawicznie zamrażać mięso.

Spienianie na ciepło

Homogenizacja ultradźwiękowa

Ciekły azot

88

Jeśli chciałbyś spróbować gastronomii molekularnej, jest kilka podstawowych narzędzi, które pozwalają tworzyć nietypowe potrawy. Na przykład „zestaw do spaghetti” pozwala na tworzenie dań w kształcie spaghetti z dowolnych płynnych składników. z kolei „zestaw do kawioru” umożliwia tworzenie małych, kolorowych kulek, również z płynów.

•

rADA !

MiStrz ŚWiata kuCHniMoLekuLarnej

obecnie coraz więcej szefów kuchni zaczyna stosować techniki molekularne w kuchni, ale tytuł najlepszego Szefa kuchni należy do Hestona Blumenthala. W jego restauracji w anglii goście mogą skosztować nietypowych potraw, jak chrupki z zielonej herbaty i limonki, marynowany łosoś Mignon z japońską trawą morską i majonezem waniliowym, czy kasza ze ślimaków z zieloną pietruszką.

1

Czy wiedziałeś, że...?zmysł dotyku ma również wpływ na postrzeganie smaku? Spróbuj! zacznij jeść lody z zamkniętymi oczami, jednocześnie dotykając ręką aksamitnego materiału: będziesz miał wrażenie, że lód jest bardziej kremowy. A potem pocieraj ręką papier ścierny, jednocześnie jedząc lody. Czy poczułeś, że lód ma bardziej grudkowatą konsystencję?

•

89

gotujMy W próŻni!

Większość procesów kulinarnych jest wprowadzanych „na wielką skalę”, czyli najpierw znajdują zastosowanie w dużych kuchniach i restauracjach, a dopiero później docierają do amatorów gotowania. podobnie miała się rzecz z coraz bardziej popularnym sous-vide, lub inaczej gotowaniem w próżni. na początku technikę tę stosowały jedynie restauracje posiadające gwiazdki Michelina, ale okazała się na tyle praktyczna, że stopniowo zaczęła się upowszechniać. Metoda ta pozwala na przyrządzanie i wielotygodniowe przechowywanie smacznych i zdrowych potraw. Metoda polega na próżniowym pakowaniu mięsa, podrobów lub warzyw i gotowaniu w wodzie przez stosunkowo długi czas, do 72 godzin, w stałej, niskiej temperaturze ok.

60 °C. próżnia jest istotna, ponieważ brak powietrza zapobiega utlenianiu żywności, która dzięki temu nie utraci swojej barwy, i rozmnażaniu się bakterii tlenowych odpowiedzialnych za psucie się żywności.

gotowanie w wodzie w niskiej, stałej temperaturze ma tę zaletę, że woda przenosi temperaturę na żywność w wolny, ale stabilny sposób, ponieważ przewodzi ciepło dziesięć razy skuteczniej niż powietrze. tak przyrządzone mięso jest smacznie, ponieważ w temperaturze 50 do 60 stopni degradacja termiczna jest mniejsza i nie wytapia się tłuszcz. Wreszcie składniki odżywcze, minerały, sole i witaminy pozostają w żywności. temperatura i czas gotowania są

oczywiście różne dla poszczególnych składników i zależą głównie od temperatury topnienia tłuszczy w mięsie i właściwości białek. na przykład karkówka wymaga gotowania przez 24 godziny w temperaturze 54,5 stopni Celsjusza, a udka 4-8 godzin w temperaturze 71 stopni Celsjusza.

niektóre produkty przygotowane próżniowo są gotowe do spożycia, natomiast mięso wystarczy podsmażyć w niewielkiej ilości oleju. jeśli jednak chcemy przechować tak przygotowaną żywność, należy ją poddać schładzaniu szokowemu po wyjęciu z wody, czyli gwałtownie obniżyć temperaturę do poniżej mniej niż 3 stopni. dzięki temu żywność można bezpiecznie przechowywać przez 21 do 40 dni.

Fakty i liczby

50% - kuchnie regularnie stosujące technikę próżniową oszczędzają 50% energii.

90

jak działa drukarkaSpoŻyWCza 3d?

drukarki 3d nakładają na siebie warstwy materiałów przechowywanych w specjalnych kasetach, spajając je ze sobą. W ten sposób powstają obiekty trójwymiarowe. drukarka spożywcza 3d działa na podobnej zasadzie, z tym że materiały w kasetach są zastąpione surowcami jadalnymi, jak węglowodany, białka w proszku i witaminy. drukarka nakłada na siebie warstwy tych substancji, tworząc gotowe dania.

drukowanie czekolady czy ciastek nie jest już problemem dla firm zajmujących się drukowaniem jedzenia. niedawno znany amerykański producent czekoladowych ciastek oreo wprowadził na rynek drukowaną wersję produktu. obecnie naukowcy pracują nad bardziej skomplikowanymi produktami spożywczymi, jak pizza, która wymaga jednoczesnego drukowania i pieczenia ciasta, a następnie ułożenia nadzienia na gotowym spodzie.

Wydrukuj SoBie drugie Śniadanie

drukowanie 3d to nowa technologia mogąca oddziaływać na różne dziedziny życia, w tym na nasze kuchnie. ta

wygodna i szybka metoda została pierwotnie wymyślona do produkowania prototypowych elementów projektowanych komputerowo na potrzeby produkcji przemysłowej, jednak po jakimś czasie znalazła zastosowanie również w sektorze spożywczym. Mimo że mało kto wyobraża sobie jedzenie kotletów z trójwymiarowej drukarki, urządzenie to może

wkrótce upowszechnić się w naszych kuchniach.

91

aLe na CzyM WłaŚCiWie poLega reWoLuCyjnoŚć tego urządzenia?

po pierwsze zapobiega marnowaniu żywności, ponieważ surowce w kasetach drukarki nie mogą się zepsuć. „kasety spożywcze” zawierają węglowodany, białka, makro- i mikroskładniki odżywcze i witaminy w proszku; ich termin ważności wynosi nawet 30 lat.

kolejną zaletą drukowania jedzenie jest możliwość stworzenia zdrowej, spersonalizowanej i zróżnicowanej diety. przepisy można błyskawicznie zmieniać za naciśnięciem jednego przycisku, stosownie do indywidualnych potrzeb na przykład osób starszych, ciężarnych kobiet, dzieci lub osób o specjalnych potrzebach żywieniowych. tak więc to nowoczesne urządzenie kuchenne jest nie tylko wygodne, ale też, co ważne, ułatwia zaspokojenie indywidulnych potrzeb osób na specjalnej diecie.

Czy wiedziałeś, że...?Technologię drukowania żywności 3D wspiera NASA. Agencja ta zawarła umowę z producentem drukarek, ponieważ miała problemy z dostarczaniem odpowiedniej ilości żywności astronautom w stacjach kosmicznych.

•

jeSteŚ tyM,Co jeSz

to powiedzenie pozostaje prawdziwe od tysięcy lat. Większość zanieczyszczeń dostaje się do organizmu razem z jedzeniem, choć jednocześnie żywność jest źródłem ważnych (podstawowych) substancji odżywczych; dlatego tak ważne jest, co jemy. zróżnicowana dieta jest niezmiernie istotna. Ważnym elementem zdrowej diety jest dostarczanie odpowiednich ilości substancji niezbędnych do funkcjonowania organizmu, niezależnie od tego czy są to makroskładniki (węglowodany, tłuszcze, białka) czy mikroskładniki (pierwiastki śladowe,

witaminy, przeciwutleniacze). Żywność prozdrowotna - lub żywność funkcjonalna - to także żywność innowacyjna. jednym z pierwszych i jak do tej pory najczęściej kupowanym funkcjonalnym produktem spożywczym jest sól jodowana (jod jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania tarczycy). innowacyjne techniki gotowania mają wysoką wartość odżywczą, ponieważ zachowują aktywne, zdrowe składniki produktów spożywczych i stwarzają możliwość włączania substancji mających właściwości profi laktyczne do naszej diety.

to powiedzenie pozostaje

prawdziwe od tysięcy lat.

92

Wprowadzenie 2,3

Życie w mieście 4,5

przyszłość wody - w jaki sposób nauka może zaspokoić nasze

pragnienie? 6-11

Czyste powietrze – przy użyciu metod naukowych 12-19

nowoczesne miasta przyszłości 20-31

inteligentna energia 32,33

nowe spojrzenie na źródła energii 34-43

Źródła światła w przyszłości 44-55

nowe perspektywy w transporcie 56-67

zrównoważony łańcuch pokarmowy 68,69

jak nakarmić przyszłe pokolenia? 70-77

inteligentne opakowania spożywcze przyszłości 78-83

nauka w kuchni 84-91

SpiS treŚCi

93

notatki

9494