Poslednjih nekoliko godina priča se o intenzivnijoj upotrebi solarne energije u energetskom miksu naše države. Sa željom da takvi projekti zažive i budu deo naše svakodnevice, na tržištu se pojavljuju razne kompanije koje nude opcije za potencijalne kupce i buduće proizvođače električne energije. Stoga nije neobično što niču solarna postrojenja, čija je primarna svrha, a nažalost ponekad i jedina, proizvodnja električne energije. Nauka pak osim u ovu svrhu, nudi rešenja i za generisanje malo drugačijeg rezultata.

Na Prirodno-matematičkom fakultetu u Novom Sadu, pri laboratoriji Departmana za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredine, odvija se istraživanje primene sunčeve energije sa ciljem uklanjanja opasnih supstanci iz otpadnih voda. Tačnije, u ovom slučaju, reč je o uklanjanju sintetičkih boja iz otpadnih voda, koje su poreklom iz tekstilne industrije. Istraživanje se sprovodi kao deo doktorske disertacije Gordane Pucar Milidrag.

Potencijal sunčeve energije predstavlja 16,7 odsto od  ukupno iskoristivog potencijala obnovljivih izvora energije u Srbiji. Kad se uzme u obzir da je energetski potencijal sunčevog zračenja za oko 40 odsto viši u Srbiji nego u srednjoj Evropi i da je intenzitet sunčeve radijacije među najvećima u Evropi, dolazi se do zaključka da sunčevog zračenja ima više nego dovoljno i da ga je moguće iskoristiti na više različitih načina. Gordana Pucar Milidrag navodi da podaci pokazuju da je prosečno trajanje insolacije 2.071 sati, odnosno oko 270 sunčanih dana, te da se oko 70 odsto insolacije stvara u periodu od aprila do septembra.

„Kada se uzmu u obzir prosečne vremenske prilike, zagađenje atmosfere i vlaga, na ovim prostorima je stvarna prosečna energija zračenja oko 3,5 kWh/m2 na dan. Ovo su vrednosti koje pouzdano osiguravaju masovno i ekonomično korišćenje solarne energije. Logično je bilo da mi, kao zaštitari životne sredine sa PMF-a,ispitamo mogućnosti uklanjanja zagađenja posredstvom delovanja ovog resursa. Najviše nas je interesovalo uklanjanje zagađenja primenom tzv. foto-Fenton procesa”, kaže Gordana i daje nam do znanja da pomenuti proces spada u grupu unapređenih procesa oksidacije i zasniva se na stvaranju visoko reaktivnih hidroksilnih radikala u reakciji gvožđa i vodonik-peroksida.

„Hidroksilni radikali oksiduju sve na šta naiđu, i na organsku i neorgansku komponentu. Primena ovog procesa uz prisustvo zračenja čini suštinu foto-Fenton procesa, koji se smatra dobrim izborom kada je u pitanju uklanjanje perzistentnih kontaminanata (ili zagađenja teškog za uklanjanje), usled dodatnog generisanja hidroksilnih radikala fotoredukcijom gvožđa i fotolizom vodonik-peroksida. Ovim postaje jasno da energija sunčevog zračenja ima konkretnu primenu u ovom procesu”, objašnjava Gordana. U cilju ispitivanja mogućnosti primene foto-Fenton procesa, eksperiment je izveden u paraboličnom koncentrišućem reaktoru (PTC), koji se smatra najprikladnijim kada je u pitanju tretman otpadnih voda. Ovakvi reaktori koriste samo direktno sunčevo zračenje (što je veća količina zračenja, prinos je veći). PTC je mali i prima veliku količinu energije po jedinici zapremine. Gordana kaže da su glavni nedostaci u tome što kolektor koristi samo direktno zračenje (što znači da nije efikasan pri oblačnom vremenu), skup je zbog sistema za praćenje i ima malu optičku i kvantnu efikasnost.

„Primenom ovih procesa u reaktoru vršeno je ispitivanje uklanjanja (degradacije) molekula sintetičke boje koja se primenjuje tokom procesa bojenja tkanine. Nekoliko različitih jedinjenja je uspešno degradirano ovim reaktorom: hrom (VI), dihloracetatna kiselina, fenoli, 4-hlorfenol, dihlorfenol, pentahlorfenol, atrazin, industrijske otpadne vode i dr. Međutum, kako je sam molekul boje ’velik’ (odnosno, ima veliku molarnu masu) i teško degradabilan, hteli smo da steknemo utisak koliko je zapravo ovaj proces efikasan”, navodi Gordana i dodaje da su rezultati eksperimenta pokazali da je efikasnost obezbojavanja (uklanjanja) boje velika, čak oko 100 odsto. „Uprkos tome, ipak ne dolazi do potpune neutralizacije organske materije na ugljen-dioksid i vodu, s obzirom na relativno kratko vreme trajanja reakcije. Ovo se javlja usled prisustva različitih soli i dikarboksilnih kiselina, kao i dodatnih reakcija u koje stupaju hidroksilni radikali koji ometaju tok procesa. Zato ovakvi procesi moraju da se spoje sa nekim drugim procesima i primenjuju, na primer, u tercijarnom tretmanu otpadne vode tekstilne industrije.”

Cilj kom su težili, dobrim delom su i ispunili. Gordana kaže da primena ovakvih procesa omogućava odvijanje reakcije u neutralnim uslovima, što u prvom koraku smanjuje troškove neutralizacije. Pored toga, termalna energija koja se sakupi tokom koncentrovanja zračenja može se simultano koristiti za druge aplikacije. Činjenica da se kao izvor gvožđa koristio katalizator sintetisan od gline bentonita, koja je prirodan, široko rasprostranjen i jeftin materijal, i solarno zračenje, kao obnovljiv i alternativni izvor fotona, gorenavedene rezultate bi trebalo uzeti u obzir prilikom analize troškova efikasnosti primenjenog procesa. Analiza bi uključivala, navodi Gordana, zemljište na kojoj bi se pravilo polje ovakvih reaktora, hemikalije koje bi se koristile tokom tretmana i uštedu energije, koja bi se primenom ovih reaktora obezbedila, uz činjenicu da se reaktori mogu koristiti samo tokom sunčanih dana, kada je intenzitet zračenja odgovarajući. „Sama konstrukcija ovih reaktora nije jeftina, ali bi bilo moguće koristiti i materijale za konstrukciju koji nisu toliko skupi, kao što su reflektujuće površine. Sa druge strane, primena unapređenih procesa oksidacije se razmatra kao predlog za najbolju dostupnu tehniku kadaje reč o tretmanu otpadne vode tekstilne industrije, dok se kao dodatne nove tehnike uzimaju u obzir foto-oksidacije i ispitivanje mogućnosti njihove primene u prečišćavanju otpadnih voda u tercijarnom tretmanu na poluindustrijskim sistemima”, predstavlja Gordana moguća rešenja.

Bitan faktor jeste spremnost države ili investitora da podrži razvoj ovakvih tehnologija. Dok se uređaj ne pozicionira na tržištu, informacije o njegovoj isplativosti nisu dostupne. U Španiji, Italiji i Sjedinjenim Američkim Državama postoje slični projekti, što ih nikako ne sprečava da i dalje rade na razvoju novih procesa primene ovakvih reaktora. Gordana smatra da bi nastavak ovog istraživanja trebalo da ide u pravcu unapređenja procesa, pa i samog reaktora, u cilju obezbeđivanja potpune mineralizacije. „Kao i svakom naučniku, želja mi je da moj rad ugleda svetlost dana, ne samo kao slovo na papiru, nego i kao nešto opipljivo, praktično i svrsishodno. Naročito zato što iza svega stoji tako jak motiv kao što je očuvanje planete.”

Priredio: Mladen Rajić

Tekst je objavljen u novom broju Magazina Energetskog portala PRIRODNI RESURSI, mart-maj, 2020.