Устойчиви технологии, които могатда спасят нашето бъдеще

Образователен комплект | chemgeneration.com

ЖИВОТЪТ В БЪДЕЩЕ

2 3

ВЪВЕДЕНИЕ

Уважаеми читатели,Вероятно и вие срещате ежедневно понятие-то устойчиво развитие , което според мнозина е ключът за оцеляването и бъдещето ни, в което следващите поколения ще имат основ-на роля. Но терминът устойчивост и стъпките, които трябва да предприемем ние и целият свят, често са неясни дори и за нас, за въз-растните.

Целта на образователните материали на Chemgeneration, които издава BASF, е да представят изчерпателно методи за устой-чиво развитие на езика на младите хора, особено научните открития, които могат да променят градовете на бъдещето, потребле-нието на енергия и хранителните ни навици или най-общо казано – начина ни на живот. Днешните ученици най-вероятно ще видят тези открития в бъдещето, защото сигурно ще е неизбежно да използват електрически автомобили, да живеят в пасивни къщи или да използват слънчева и вятърна енергия.

Вярваме, че училищата и учителите могат да направят най-много за устойчивото развитие, ако представят устойчивостта като ценност за учениците си и повишат интереса им към науките, които, заедно с нововъведенията, ще имат решителна роля за опазването на окол-ната среда и устойчивото развитие. Надяваме се, че младото поколение ще прояви желание да избере научна кариера и ще е мотивирано да работи за постигане на устойчивост в про-фесията си с най-новите научни инструменти.

Пожелаваме ви успешна работа и много заин-тересовани ученици.

BASF ЗА ОБРАЗОВАНИЕ И УСТОЙЧИВОСТ

ОБРАЗОВАТЕЛЕН УЕБСАЙТ CHEMGENERATION.COM

ПРОГРАМА CHEMGENERATION

ДЕТСКА ЛАБОРАТОРИЯ НА BASF

Целта на BASF е „ Ние създаваме химия за устойчиво бъдеще“. Но какво означава това? Това означава, че като съществена част от обществото компанията ни работи и създава нововъведения, мислейки непрекъснато за принципите и насоките за устойчиво разви-тие. През 150-годишната история на компа-нията ни направихме голям брой технологич-ни открития в полза на устойчивото развитие от новаторски материали за по-ефективна употреба на зелена енергия до модерни и екологични части за автомобили. Вярваме, че можем да направим много за устойчи-востта с модерни научни методи.

Една от целите ни е да популяризираме иде-ята за устойчивост и науките , които играят важна роля за нея, особено при по-младото поколение, защото ключът към бъдещето ни е в ръцете им. Няколко програми бяха раз-работени за тях, в които могат да се запоз-наят лично с вълнуващия свят на науката, а междувременно и да разберат значението на химията за устойчивото развитие на нашия свят.

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

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

което увеличава познанията им по физика и химия. Всеки отбор създаде самостоятелна машина за верижна реакция, която изпълни поредица от физични и химични реакции.

През учебната 2014-2015 г. сме подготвили ново научно състезание за учениците. Научното състезание „Герои на бъдещето“ цели да открие млади бъдещи изобретатели, които могат да приложат научните нововъведения по творчески начин, за създадат екологично решение. Отборите от ученици

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

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

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

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

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

РЪКОВОДСТВО ЗА УСТОЙЧИВОСТТА

We create chemistry

2

4 5

ЖИВОТЪТ В ГРАДАБързото увеличение на населението и растящите градове са истинско предизвикателство за учените. Структурата на градовете се променя, а техниките на строителство стават все по-екологични. Също така е важно да имаме чист въздух и устойчиво управление на водата – въпроси, на които науката вече е предложила някои вълнуващи отговори.

Прочетете за най-новите екологични градове, фантастичните техники на строителство на бъдещето, биологичното пречистване на водата и възможностите за обезсоляване на морската вода. Запознайте се с последствията от замърсяването на въздуха и как да го предотвратим с помощта на най-новите научни технологии.

6 7

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

Хората и всички живи същества се нуждаят от вода, за да оцелеят. Поради нарастването на населението на земята и климатичните промени, водните ресурси на нашата планета постоянно намаляват, а оставащата част става все по-замърсена. Тази статия разкрива какво прави науката, за да съхрани чистата вода.

Богатите и безводни държави от Близкия изток внасят питейна вода от езера в Канада и Сибир, което

на практика означава, че тази вода обикаля около света, докато пристигне

до човека, който я пие. По подобен начин в Америка големи градове с милиони жители получават вода от

източници на стотици километри от тях. Бизнесмени, купуващи водни ресурси

в голям мащаб в Русия, Канада и Аляска, са новите нефтени крале.

Всяка капка е

безценна

Водата е едно от най-често срещаните вещества на земята. Тя е толкова широко

разпространена, че почти три-четвърти от планетата,

71%СА ПОКРИТИ С

ВОДА

От една страна, поради климатичните промени, тъй като

покачващата се температура на земята води до екстремни климатични условия, повече

суши, смаляващи се езера и сухи водосборни райони. От друга страна

консумацията на вода от хората, особено живеещите в големи

градове, се увеличава драстично. На много места консумацията на

вода вече нараства по-бързо, отколкото наличните ресурси

могат да снабдят. Удивителното е, че въпреки смущаващите факти,

прахосническото потребление на вода не намалява. Например

напояването на игрищата за голф изисква същото количество вода на ден, колкото е всекидневното

потребление на половината население на земята.

?

Океаните, моретата, езерата и реките са огромни водни

ресурси, въпреки че Северният и Южният полюс, както и

ледниците в планините също съдържат вода, скована в

ледената маса.

С

Ю

=Как е възможно, въпреки огромните водни ресурси,

хората да изпитват недостиг на вода в много части на света

Отговорът е, че само една много

малка част, едва 2,5% от водните ресурси на

земята са питейни, а именно сладководните. Освен това

повечето от сладководните води в преобладаващата си част са замръзнали под формата на постоянен слой сняг и лед в ледниците или се намират

дълбоко под земната повърхност между скали, което ги прави

трудни за достигане.

Но нуждата на хората от вода нараства все повече. В днешно

време от вода се нуждаят

`за питейни нужди, готвене и миене.

Но след няколко десетилетия

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

7 милиарда души всеки ден:

10 милиарда души

Най-новите изследвания показват, че в днешно време

1 милиард души страдат от

жажда

като през

2050. г. водата на планетата

ще бъде достатъчна за едва половината от

човечеството.

и

Но защо наличните водни запаси се изчерпват?

Т. Бун Пикенс, най-големият собственик на вода в Америка, е

инвестирал

$100 милиона щатски долара в закупуването на кладенци и водни извори. В

бъдеще той планира да продава питейната вода на Тексас за

$165 милиона.

Водата като имущество

Общ воден отпечатък (м3/г/човек)

Потреблението на вода се измерва от водния отпечатък. Водният отпечатък на националното потребление се дефинира като

общото количество сладководна вода, което се използва

за производство на стоките и услугите,

консумирано от жителите на

страната.

6

8 9

СЪВЕТКак да пестите вода:

Знаете ли, че

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

Биомиметика:имитиране на дивите животни

Животните, обитаващи безводни територии, се приспособяват към

условията. Например в Африка живее уникален бръмбар, който използва миниатюрните микро

фибри на гърба си, за да събира вода в тялото си от изпаренията

сутрин. Това интелигентно решение вдъхнови учените, които вече работят върху самостоятелно

пълнеща се бутилка вода, работеща на подобен принцип: бутилката се покрива със специален материал от нанотехнологии, който насочва

влажността на въздуха вътре в бутилката.

като човечеството отдавна се опитва да превърне морска вода в питейна, което може да се постигне чрез обезсоляване. Опростено обезсоляване се прилага още от 4 век преди Христа, но сложният процес на кипване на водата многократно, както и охлаждането и кондензирането на парата, произведена по този начин, изисква много енергия.

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

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

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

За надеждната доставка на вода до домо-вете ни всеки ден са нужни внушително ко-личество тръби, канали и помпени станции, управлявани от обществените водоснабдя-ващи дружества. Допълнително напреже-ние поражда увеличаването на населението и повишаването на консумацията на вода, като част от хората започват да изразход-ват все по-голямо количество вода.

Тъй като населението се увеличава, все повече и повече хора имат нужда от храна. Малко хора знаят, че растениевъдството и скотовъдството са отговорни за по-голяма-та част от водното потребление на чове-чеството: селското стопанство е отговорно за 80% от световното потребление на вода, което означава, че това е област, в която е нужно сериозно намаляване на консумаци-ята на вода.

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

Поради бързата урбанизация става все по-трудно да се гарантира, че мегаградовете ще разполагат с дос-татъчно вода. Без вода няма да има местни фирми или промишленост. Пожарната безопасност, обществените паркове и обществените басейни изискват доста вода.

Водата е ключът към съвременния живот

Морската вода – спасител на човечеството?

Колко вода се използва за производство на любимата ви храна?

1 филия хляб = 48 литра вода

1 хамбургер = 2393 литра вода

1 парче сирене = 152 литра вода

1 шоколад = 1720 литра вода

1 ябълка = 82 литра вода

1 чаша кафе = 132 литра вода

1 парче пица = 1216 литра вода

1 кг говеждо месо = 15 415 литра вода

Моретата и океаните са най-големите водни резервоари на планетата,

Според прогнози на специалистите в бранша

Global Water Intelligence (GWI) през

2025 г., 14%населението на света ще задоволява водните си нужди чрез обезсолена

морска вода. Днес това число е

едва 1%. В момента съществуват

17,000 завода за обезсоляване в

120 държави по света, но броят им се очаква да

нарасне значително.Благословия от небето

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

•

8

10 11

Иновативно отношение към водата Химия на водата

Не само малкото количество, но и ниското качество на водата причинява сериозни проблеми.

Водата е изключително универсален материал

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

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

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

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

Около

2,5 милиарда души страдат от консумацията

на замърсена вода и имат проблем с ежедневния достъп до чиста вода.

По света

80%от отпадните води в

градовете се изхвърлят директно в реки, езера или морето без никаква

преработка.

Знаете ли, че ? СЪВЕТМиене на автомобил без вода?!

Знаете ли, че ?Къде е най-лесно да плувате? Студената вода има по-висок вискозитет, така че е по-трудно да се придвижвате в нея, но е по-лесно да плувате на повърхността й, поради по-високата плътност.

Също уникална характеристика на водата е, че поради високото й повърхностно напрежение капките вода имат сферична форма. Водата е способна да абсорбира, съхранява и изпуска големи количества топлина. Това качество се използва

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

•

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

За едно измиване на автомобил се изразходват 200 литра вода. Но вече съществува безводно измиване на автомобили, при което за почист-ване на превозните средства се използват леки химикали или пара. Търсете тези пестящи вода решения в ежедневния живот!

• •

Химия на водата

10

12 13

Чист въздух с помощта на научни методи

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

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

Повечето човешки дейности са свързани с енергийно потребле-ние, което води до замърсяване на въздуха: електроцентралите, промишленото производство, селското стопанство, отопле-нието на домовете, както и транспортът отделят вредни вещества във въздуха, които оказват влияние не само върху здравето на хората, но и върху атмосферата на планетата. Така наречените парникови газове като въглероден диоксид (CO2) и метан (CH4) създават своеоб-разно покривало около земята, което задържа топлината: горе-щината от отразената слънчева светлина не може да напусне атмосферата, което води до за-топляне и глобална промяна на климата. Въглеродният диоксид присъства в земната атмос-фера в постоянна концентра-ция. Количеството въглероден диоксид във въздуха отдавна се поддържа чрез баланс, въпреки че колебания винаги е имало. Поради човешка дейност този баланс започна да се променя от началото на миналия век, като според учените количе-ството въглероден диоксид вече е много близо до границата, от която връщането назад ще бъде невъзможно.Обработването на въглерод-ния диоксид, който се намира във въздуха, е отговорност на растенията: те го използват за храна и го преобразуват в кис-лород, който е жизненоважен за оцеляването на другите живи същества, включително хората. Но проблемът е, че растителна-

та покривка на земята също по-стоянно се смалява: 7 милиона хектара са обезлесени поради разрастването на градовете и за производство на дървесина. Това също допринася за липса-та на равновесие.Освен тежестта върху околната среда, замърсяването на възду-ха е изключително вредно и за човешкото здраве. Редица вред-ни вещества също попадат във въздуха, например от отрабо-тените газове от автомобилите, които причиняват болести. Ако например има висока концен-трация на азотни оксиди във въздуха (азотен оксид (NO) и азотен диоксид (NO2) във въз-духа), в резултат на слънчевата светлина се произвежда озон, който в комбинация с въглево-дороди и прахови частици води до формирането на смог като в Лос Анджелис над градовете. Според изчисления на Светов-ната здравна организация (СЗО) 700 хиляди души умират годиш-но поради влиянието на замър-сяването на въздуха.

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

СМОГЪТ СЕ НАСТАНЯВА ТРАЙНО НАД ГРАДОВЕТЕ

Факти и цифри

Знаете ли, че?Въпреки че тропическите гори са известни като „белите дробове“ на земята, по-го-лямата част от кислорода се произвежда от планктон и во-дорасли, живеещи в океаните. Следователно замърсяването на водата също така оказва значително влияние върху състоянието на въздуха.

•

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

•

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

12

14 15

УКРОТЯВАНЕ НА ВРАГА

ИМИТИРАНЕ НА ПРИРОДАТА: ИЗКУСТВЕНО ЛИСТО

ДОБЪР БИЗНЕС: ИЗ-ПОЛЗВАНЕ НА ВЪ-ГЛЕРОДЕН ДИОКСИД ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА ГОРИВО

ВЪГЛЕРОДНИЯТ ДИ-ОКСИД КАТО СУРО-ВИНА – СИНТЕТИЧЕН ГАЗ (СИНГАЗ)

ВЪГЛЕРОДНИЯТ ДИОКСИД КАТО СПАСИТЕЛ НА ЗЕЛЕНАТА ЕНЕРГИЯ

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

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

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

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

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

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

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

Факти и цифри

Източник: Общество за химическо машиностроене и биотехнологии (DECHEMA)

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

Повече от 30 милиарда метрични тона CO2 се произвеждат ежегодно от хората по света. Други около

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

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

Спо

ред

посл

едни

те р

езул

тати

от

науч

ни и

зсле

дван

ия р

ецик

лира

нето

на

въгл

ерод

а не

сам

о би

нам

алил

о за

мъ

рсяв

анет

о на

въ

здух

а, н

о до

ри б

и ра

зреш

ило

криз

ата

за е

нерг

ийни

изт

очни

ци –

по

три

възм

ожни

нач

ина.

14

16 17

С тази цел бяха създадени някол-ко иновативни автомобилни части, включително екологични катали-затори, разработени от BASF и вече успешно използвани в хиляди автомобили. Филтърът, монтиран в изпускателната система на авто-мобилите, работи на принципа на многоетапна химична реакция. По време на този процес трите ключови компонента в емисионната система (въглеводород, въглероден оксид и азотен диоксид) почти изцяло се преобразуват във въглероден диок-сид, азот и вода.

Добре познатата химическа ком-пания разработва катализатори

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

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

Пречистване на въздуха в големи количестваСъздадени са уникални технически решения за целенасочено пречистване на въздуха над големите градове. Тези решения могат да ни освободят от влиянията не само на въглеродния диоксид, но и на отровните газове.

Например на немския изобретател на име Гьоц Хюскен му хрумнала идеята шосетата да бъдат покрити с тита-нов диоксид, който при фотокаталитична реакция – като ефекта на UV лъчите при слънчева светлина – ще неутра-лизира замърсяващия въздуха азотен диоксид. Ако това решение бъде внедрено, нивото на азотния диоксид във въздуха може да бъде намалено с до 45%. Изобретението на холандския иноватор Даан Роозегар-де почти буквално би изчистило като с прахосмукачка небето над градовете. Той планира да изгради група от паркове, които ще разполагат с редици от медни намот-

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

МОДЕРНИ ПРЕВОЗНИ СРЕДСТВА = ПО-ЧИСТ ВЪЗДУХ

Тъй като транспортът е

отговорен за 30 процента от замърсяването на

въздуха, качеството на въздуха може да се подобри

и чрез намаляване на вредните емисии на

автомобилите.

16

18 19

„ХИМИЯ НА ВЪЗДУХА“

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

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

+ +N(78%) (21%)

SO2O2

18

20 21

Модерните градове на бъдещето

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

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

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

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

13 милиона души, което е

10% населението на Япония.

МАСДАР СИТИ

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

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

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

Един от най-високите небостъргачи в САЩ и света

е висок 541 метра, като строителството му

завърши през 2013 г. в Ню Йорк.

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

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

напълването на 6000 вани. Благодарение на тази нова технология бяха спестени осем милиона киловатчаса електроенергия, което се равнява на почти

340 000 кг изкопаеми горива, като също така беше предотвратено изхвърлянето на над 5 милиона кг CO2 емисии.

20

22 23

ТЕРАФОРМИРАНЕ – ХАЙДЕ ДА СЕ ПРЕМЕСТИМ НА ДРУГА ПЛАНЕТА!

АКУМУЛИРАЩА СТЕНА

СТРОИТЕЛСТВОТО НА БЪДЕЩЕТО

Човечеството е наясно, че пренаселваме земята, така че започнахме да се оглеждаме кои други небесни тела можем да обитаваме. До този момент терминът тера-формиране присъстваше основно в научно-фантас-тичните филми, но е възможно в бъдеще човечеството да може да променя атмосферата, температурата и топографията на планети чрез научни и технологични изобретения, за да ги направи обитаеми за хората.От познатите в момента планети Марс изглежда най-подходяща от тази гледна точка, въпреки че сред-

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

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

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

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

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

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

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

22

24 25

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

•

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

ИНТЕЛИГЕНТЕН БЕТОН

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

24

26 27

МЕБЕЛИ В НОВО ИЗМЕРЕНИЕ САМОВЪЗСТАНОВЯВАЩИ СЕ МАТЕРИАЛИ

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

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

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

Лекият и издръжлив материал на име Titan е образуван от кондензирането на пара-формалдехид и оксидианилин при 250 градуса. Другият тип – Hydro, е високоеласти-чен гел, който се произвежда при ниска температура. И двата могат да се рециклират и не се разтварят, но в киселинна среда омекват и могат да променят формата си. Не се напукват, следователно могат да предизвикат революция в самолетното и авто-мобилното производство, както и в цялата индустрия за електроника. Променяйки формата на материалите, могат да бъдат създадени нови полимерни структури, които са 50% по-здрави и леки.

Два нови типа полимери бяха създадени от учени, работещи в отдела за синтетични полимери. Те са изключително здрави, имат самовъзстановяващи се характеристики и дори могат да се рециклират.

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

хартия1 тон 300 тона

са нужни

вода!

26

28 29

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

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

То също така намалява количеството отпадъци, отива-що на сметищата, което води до увеличаване на техния живот. Следните материали се събират разделно: пласт-маса, стъкло, метал и хартия. Трябва да имаме предвид, че употребяваните електронни устройства е възможно да съдържат вредни субстанции (олово, живак, хром), които могат да замърсят водата или въздуха и да причинят по-нататъшни проблеми. Екологичното управление на от-падъците също така включва компостиране, изхвърляне и по-малко предпочитания метод – изгаряне на отпадъците. Органичните растителни отпадъци сами се разлагат в природата, но можем също така да ги използваме като компост. За да улесни този процес, BASF създаде раз-граждаща се торба за отпадъци. Но как се разгражда най-лоновата торбичка? Решението се крие в съставките на материала. Един от компонентите е отчасти произведена-та от петрол разграждаща се пластмаса, разработена от BASF, а другата е полимлечната киселина, която се извли-

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

В Европейския съюз се

произвеждат

тона отпадъци

ГОДИШНО

1.3 милиарда

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

•

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

РЕШЕНИЕТО СЕ КРИЕ В

СЪСТАВКИТЕ НА

МАТЕРИАЛА

28

30 31

КЪЩА ОТ ОТПАДЪЦИ

Благодарение на унгарско изобретение се произвеждат пластмасови дъски от отпадъци. То се нарича SYLROCK и представлява хомогенен материал, който е киселино-, алкало- и водоустойчив, като времето му за разграждане е 400 години, а това означава, че е много

издръжлив. За производството му се използват не само домашни отпадъци, но също така и промишлени. Възможностите му за приложение са безкрайни, например от него

могат да бъдат изработени градински и улични мебели. За производството на една дъска са нужни 340 кг отпадъци, което е доста, но за щастие, или по-скоро за нещастие, около

нас има огромно количество боклуци: само в Европейския съюз

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

ХИМИЯ НА ПЛАСТМАСАТА

ЗА ПОСЛЕДНИТЕ 15 ГОДИНИ ИЗПОЛЗВАНЕТО НА БИОПОЛИМЕРИ СЕ Е УВЕЛИЧИЛО С 10%НА ГОДИШНА БАЗА

От химична гледна точка пластмасите са изклю-чително разнообразна група с макромолекулярна структура, която се явява тяхна обща характе-ристика. Макромолекулите са съставки с голямо молекулярно тегло и съдържат един или няколко градивни блока. Хиляди от тези блокове могат да бъдат свързани заедно. Разбира се, молекулите на пластмасата никога не са с еднакъв размер, но съществува средно молекулярно тегло, което се използва за тяхното описание. По-голямата част от молекулите се доближават доста до това молекулярно тегло.

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

Термопластични

Термореактивни

СПОРЕД ОБРАБОТВАЕМОСТТА:

1.

2.

Линейни

Разклонени

Кръстосани

СПОРЕД ФОРМАТА:

1.

2.

3.ПЛАСТМАСИТЕ СЕ ГРУПИРАТ СПОРЕД ПРОИЗХОДА СИ:

1.

2.

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

изкуствени (поликондензация или верижни полимери)

Характеристиките на базовите пластмаси могат да бъдат

30

32 33

ИНТЕЛИГЕНТНА ЕНЕРГИЯJA

Растящото население на света се нуждае от все повече енергия, която е предизвикателство за учените. Науката ни предоставя много начини за иновативна употреба на енергията и за по-ефективно оползотворяване на възобновяемата енергия.

Прочетете за революцията в осветлението, източниците на светлина, които се нуждаят от все по-малко и по-малко енергия, почти безкрайните възможности на алтернативната енергия и методите за пестене на енергия и защита на околната среда във връзка с транспорта.

34 35

НАШАТА ЕДИНСТВЕНА ПЕРСПЕКТИВА: ИЗПОЛЗВАНЕ НА ВЪЗОБНОВЯЕМИ ЕНЕРГИЙНИ ИЗТОЧНИЦИ

ВЯТЪРНА ЕНЕРГИЯ VETRA

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

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

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

Факти и цифри

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

Използванетона изкопаеми

горива

СЕ Е УВЕЛИЧИЛОпочти

десет пътипрез 20 век.

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

ОТ КЪДЕ ИДВА ЕНЕРГИЯТА И КЪДЕ ОТИВА?В продължение на хиляди години хората са можели да разчитат само на себе си. По-късно са използвали машини, задвижвани от животни. Но в днешно време трудно можете да откриете край себе си инструмент, който да работи без съвременно го-риво. Кухненските уреди, телевизо-рите, компютрите и осветлението се нуждаят от електричество; превозни-те ни средства също изискват синте-тични горива, които се произвеждат в промишлен мащаб. Единственият проблем с това е, че човечеството използва изкопаеми горива, за да ги произвежда: получаваме енергия от изгаряне на добити въглища и нефт. Поради нарастване на населението и увеличаващия се брой модерни гра-дове, потреблението ни на електро-енергия също доста се е увеличило: домовете се нуждаят от отопление и охлаждане, обществените сгради и промишлените предприятия изискват

все повече и повече електроенергия, общественият транспорт трябва да бъде подсигурен и последно, но не и по значение, се нуждаем от общест-вено осветление, което консумира половината от енергията, нужна на един град. Поради увеличаващото се потребле-ние на електроенергия енергийните запаси на земята бавно се изчерп-ват, като скоро изкопаемите горива ще свършат, а те не се възстановя-ват лесно, тъй като за разлагането на растения и животни дълбоко в земните недра и превръщането им в богати на енергия материали, мине-рално масло и въглища са нужни хи-ляди години. Не е за пренебрегваме и фактът, че прекомерното енергий-но потребление е сериозен фактор за замърсяване: димът от заводите и изгорелите газове на автомобилите съдържат големи количества въгле-роден диоксид и множество други

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

34

36 37

СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ

ГЕНЕРИРАНЕ НА ВЯТЪРНА ЕНЕРГИЯ НАД ОБЛАЦИТЕ

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

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

където могат да бъдат монтирани дори до 120 000 соларни клетки, способни да произвеждат 2000 мегавата електроенергия годишно. Това количество е достатъчно за снабдяване на 700 хиляди домове с електричество.

Но как точно се произвежда елек-тричество от слънчева светлина? Соларната клетка, или фотоволтаич-ната клетка, е електрическо устрой-ство, което директно преобразува енергията на светлината в електри-чество чрез фотоволтаичния ефект. Процесът на преобразуване първо изисква материал, който абсорбира слънчевата енергия (фотон), после възбужда електрон до по-високо енергийно състояние, а след това потокът на този високоенергиен електрон към външна електрическа верига.

Фотоволтаичните технологии не са нито толкова ефективни, нито толко-ва рентабилни, за да се конкурират с другите енергийни източници. Сле-

дователно науката има задачата да разработи решения, които помагат на слънчевата енергия да се състе-зава с традиционните енергийни из-точници. Тъй като ефективността на соларните клетки основно зависи от качеството на материалите, участва-щи в процеса, химическата индус-трия на BASF разработи решения, които подпомагат производството на енергия, като силициеви пластини и тънкослойни технологии, както и соларни енергийни продукти като панели и клетки. Например компани-ята произвежда химически добавки, които правят производството на си-лициеви пластини по-прецизно и ев-тино, като също така е разработила и уникални UV-стабилни материали от пластмаса, които могат да заменят алуминиевата рамка на соларните панели, което прави соларните клет-ки по-издръжливи на метеорологич-ните условия. Освен това множество лепила и изолационни материали на германската компания гаранти-рат издръжливостта на соларните клетки.

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

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

90 М

ЕТР

ОВ

А

СКОРОСТ НА ВЯТЪРА 300 КМ/ЧАС

INNOVATIVE MATERIALS AREUSED IN WIND TURBINES

36

38 39

Знаете ли, че

Знаете ли, че

?

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

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

•

•

Факти и цифри

Факти и цифри

1248 гигават часа – Това е количеството електроенергия, произведено от соларни електроцентрали в целия свят за 2013 г.

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

Също така съществуват и соларни ферми, където соларната енергия се насочва чрез подвижни огледала, наречени хелио-стати, чрез които те директно произвеждат топлина. Те се нари-чат хелиотермални ферми. Най-голямата хелиотермална ферма в света, която е с площ от 6 квадратни километра, се намира в пустинята Мохаве на границата между Калифорния и Невада. Капацитетът на нейните 300 000 огледала е 392 мегавата, което е достатъчно електроенергия за 140 000 домакинства. Най-голя-мата хелиотермална ферма в Европа е Planta Solar 10, която се намира в Севиля, Испания.

СЛЪНЦЕ В КОМИНА Слънчевата вятърна кула, известна и като слънчев комин, е нова алтер-натива в сферата на възобновяемите енергийни източници. Изобретението е базирано на хилядолетен факт, че топ-лият въздух се издига нагоре. Функ-ционира по следния начин: въздухът се нагрява от слънчева енергия, която генерира вертикален въздушен поток в кулата, а той задвижва вятърните турбини на кулата, което произвежда електроенергия. В момента такава кула има в Китай, но много други страни се канят да монтират подобни, като в австралийската пустиня, където въздухът близо до повърхността е много горещ. Според плановете тази кула ще бъде една от най-високите сгради в света, като височината й ще бъде между 750 и 1000 метра.

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

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

ВОДНА ЕНЕРГИЯ

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

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

38

40 41

ЕНЕРГИЯТА Е НАВСЯКЪДЕ, САМО ТРЯБВА ДА ЗНАЕМ КАК ДА Я ИЗПОЛЗВАМЕ

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

с анаеробни бактерии или фермен-тиране на биоразградими матери-али като тор, канални води, битови отпадъци, зелени отпадъци, расти-телен материал и посеви. Метанът, водородът и въглеродният моноксид (CO) са газове, които могат да бъдат възпламенени или окислени чрез кислород. Това освобождаване на

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

Освен все по-разнообразната упо-треба на възобновяеми енергийни източници, изобретателни учени произвеждат електроенергия по доста невероятни начини. Напри-мер, за да се използва кинетична или механична енергия, са нужни само малко въображение и някои иновативни научни решения. В

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

и в Токио. Нещо повече, изобрета-телен собственик на дискотека е инсталирал първия в света устой-чив дансинг в Нидерландия, който акумулира кинетична енергия от движенията на танцьорите, след което произвежда електричество чрез генератори.

?

КИНЕТИЧЕН ФУТБОЛЕН ТЕРЕН

НЕ РАЗПИЛЯВАЙТЕ!

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

Изследователите на бъдещето са съгласни, че идващата енергийна криза може само частично да се разреши чрез използването на възобновяемите енергии и интелигент-ните решения, споменати по-горе: пестенето на електро-енергия и намаляването на световните енергийни нужди са също поне толкова важни. Според изчисленията, ако продължим да разпиляваме, енергийните нужди на чове-чеството ще се удвоят до 2030 г., което означава двойно увеличение и на емисиите на въглероден диоксид. Но ако започнем да пестим електроенергия, енергийните ни нуж-ди ще нараснат само с 16%.

Жителите на градовете имат сериозна отговорност да пестят енергия, тъй като по-голямата част от електрое-нергията се изразходва в големите градове. Промишле-ните предприятия също трябва да се променят, тъй като те използват много повече електроенергия в сравнение с домакинствата. Тяхна задача е да разработят собствени технологии и да оптимизират процесите си, за да намалят енергийното потребление. Процесът вече е започнал, като редица големи промишлени заводи бяха модернизирани, за да пестят електроенергия.

16%

НО АКО ЗАПОЧНЕМ ДА ПЕСТИМ

ЕЛЕКТРОЕНЕРГИЯ

енергийните ни нужди ще нараснат

само с

Факти и цифри

53% – това е допълни-телното количество елек-троенергия, от което ще се нуждае човечеството през 2030 г., ако не wя пестим. 16% – това е допълни-телното количество елек-троенергия, от което ще се нуждае човечеството през 2030 г., ако я пестим.

СЪВЕТИ за пестене на електроенергия:!

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

40

42 43

ХИМИЯ НА СОЛАРНИТЕ КЛЕТКИ

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

42

44 45

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

Източниците на осветление на бъдещето

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

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

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

Знаете ли, че?Зимното и лятното часово време са били въведени, за да се пести от електроенергията за осветление. Това действие спестява електроенергия, която се равнява на около 300 000 тона нефт.

•

ТЕОРИЯ НА СВЕТЛИНАТА

ИЗТОЧНИЦИТЕ НА СВЕТЛИНА ИЛИУСТРОЙСТВАТА, КОИТО ПРОИЗВЕЖДАТ ВИДИМА СВЕТЛИНА, МОГАТ ДА БЪДАТ РАЗДЕЛЕНИ В ДВЕ ГРУПИ.

1.

1.

2.

2. 5.

3.

4.

Първични светлинни източници, които сами излъчват светлина

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

СПОРЕД ПРИНЦИПА СИ НА РАБОТА ТЕ СЪЩО СЕ РАЗДЕЛЯТ НА НЯКОЛКО ГОЛЕМИ ГРУПИ

естествени: небесни тела, светкавици, северни сияния, биолуминисцентно излъчване на светлина от жив организъм

с горене: фенерче, свещ, газова лампа, огън, магма

УСТРОЙСТВАТА, КОИТО ПРОИЗВЕЖДАТ

44

46 47

СВЕТЛИННА ЕВОЛЮЦИЯ LED И OLEDСравнено с други сфери на науката е изненадващо колко бавно е еволю-ирало осветлението. Трябвало е да почакаме повече от 100 години, за да бъде произведена първата енергий-ноефективна крушка: може и да не ви се вярва, но крушки, работещи на същия принцип като тези, изобре-тени от Едисон през 19 век, дори и днес се използват на много места. Но защо бяха нужни разработки? Крушката с нажежаема жичка не е ефективна, тъй като 90% от енер-гията се губи като топлина, а само 10% се използва за производство на светлина. Това е невероятно прахосване, като се има предвид, че енергийните ни запаси са изчерпа-еми (за повече информация по тази тема, вижте статията ни „Енергия“.)

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

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

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

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

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

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

Знаете ли, че?може и да не ви се вярва, но крушки, работещи на същия принцип като тези, изобретени от Едисон през 19 век, дори и днес се използват на много места.

•

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

жичка. Първо, те имат по-добра

жизненият им цикъл може да бъде

46

48 49

ИНТЕЛИГЕНТЕН ИЗТОЧНИК НА ОСВЕТЛЕНИЕ

ПРЕОТКРИТО ОСВЕТЛЕНИЕ

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

Невероятното предимство на OLED свето-диодите може да бъде ефективно и творче-ски приложено в потребителската електро-ника от разработчиците. Представете си гъвкав, навиващ се телевизор! Осъщест-вяването на това е възможно, ако OLED дисплеят бъде внедрен в тънък пластма-сов слой. Наборът от възможности е почти безкраен. Изследователите на BASF вече

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

СВЕТЛИННИЯТ ПОТОК ОТ МАКСИМУМ 1000 ЛУМЕНА МОЖЕ ДА БЪДЕ ИЗПОЛЗВАН В ПЕРИОД ДО 25 ГОДИНИ.

48

50 51

КАК РАБОТЯТ OLED СВЕТОДИОДИТЕ?

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

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

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

Факти и цифри

марул

я, къ

драв

о зе

ле, б

осил

ек и

сиби

рски

лук р

аста

т 22

ЧАСА

В ДЕН

ОНОЩИЕТ

О

в 8-

МЕТ

РОВИ

кули

365

ДНИ В

ГОДИНАТ

А

При електрическите

крушки, халогенните лампи

и енергоспестяващите ос-

ветителни тела голяма част

от електроенергията се пре-

връща в топлина, вместо в

светлина – например повърх-

ността на една 100-ватова

електрическа крушка достига

температура над 200°C, кога-

то е запалена. За разлика от

тях, органичните светодиоди,

разработени в Дрезден, за-

пазват температура от около

30°C, която е по-ниска от тази

на човешкото тяло и съответ-

но винаги е безопасна.

ОРГАНИЧНИТЕ СВЕТОДИОДИ ИЗДЪРЖАТ ОТ 5 ДО 10 ПЪТИ ПОВЕЧЕ ОТ ЛАМПИТЕ С НАЖЕЖАЕМИ ЖИЧКИ.

РАБОТНИ ЧАСОВЕ НА ЕДИН СВЕТОДИОД.

ТЕКУЩИ РАБОТНИ ЧАСОВЕ НА ЕДИН ОРГАНИЧЕН СВЕТОДИОД.

5-10

40.000

10.000

50

52 53

Разбира се, автоматизирането дос-тигна и осветителните технологии. В един съвременен дом, който е обо-рудван с интелигентна система за контрол, можем не само да включ-ваме и изключваме осветлението, или пък да контролираме силата му, но могат да бъдат запазени и лични настройки. Любимите ви предпо-читания могат да бъдат извиквани във всеки един момент, като всич-ки лампи в дома могат да бъдат настроени с едно докосване според

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

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

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

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

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

ИНТЕЛИГЕНТЕН ДОМ, ИНТЕЛИГЕНТНО ОСВЕТЛЕНИЕ

ТЯХНАТА СВЕТЛИНА Е ПО-ГАЛЕЩА, ПО-МЕКА И ПО-ПРОЩАВАЩА ОТ ВСЕКИ ДРУГ ИЗТОЧНИК НА СВЕТЛИНА, ПО ТАЗИ ПРИЧИНА ИЗОБРЕТАТЕЛИТЕ Я НАРИЧАТ „СВЕТЛИНА ЗА БЛАГОДЕНСТВИЕ“.

СИНИЯТВЪПРОС

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

години. Те откриха молекули, кои-то светят синьо и могат да прео-бразуват почти цялата енергия в светлина. Молекулите присъстват във високоефективните фосфо-ресцентни излъчватели, използва-ни в органичните светодиоди. Но имаше само една уловка: животът им траеше няколко минути. До 2016 г. сините молекули на BASF трябва да разполагат с необходи-мата дълбочина на цветове, за да могат да се използват в дисплей-ната индустрия.

52

54 55

Може да звучи невероятно, но е възможно в бъдеще да нямаме нужда от улично осветление. Вместо това светлината ще бъде подсигуре-на от растения, растящи край пътя. Изследователски екип в Сан Франци-ско работи върху производството на светещи растения чрез синтетична биология. Според плановете синте-тични ДНК сегменти, базирани на ДНК от светулки и светещи морски бактерии, ще бъдат имплантирани в растенията.

СВЕТЕЩИ РАСТЕНИЯ – ПРОИЗВЕЖДАЩИ СВЕТЛИНА РАСТЕНИЯ В РОЛЯТА НА ЛАМПИ

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

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

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

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

на, за да се стерилизира течността и да се поддържа чиста. След това бутилката се поставя вертикално в изрязана дупка на покрива, закрепе-на срещу падане и уплътнена с малко гума. Импровизираната крушка е готова. Когато слънцето навън осве-ти бутилката, водата вътре пречупва светлината и осветява вътрешността на колибата без да се използва елек-тричество.

По-съвременен подход е когато слънчевата светлина се вкара в

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

През 2014 г. Нобеловата награда за физика беше връчена на двама японски и един американски изследо-вател – Исаму Акасаки, Хироши Амано и Шуджи Накамура – „за изобретява-нето на ефективни сини светодиоди, което позволява ярка и екологична светлина от светлинни източници“. На-градените учени са направили епохал-ното откритие в началото на 90-те. Първите светодиоди, т.е. LED, са изра-ботени чрез 60-те. Те са били способ-ни само да произвеждат инфрачерве-на светлина: до този момент можехте да ги откриете в дистанционните управления. Учените изработиха все

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

ЛАЗЕРЪТ КАТО ИЗТОЧНИК НА СВЕТЛИНА

ЕСТЕСТВЕНАТА СВЕТЛИНА Е ОТ ЗНАЧЕНИЕ!

LED СВЕТОДИОД С НОБЕЛОВА НАГРАДА

54

56 57

Нови перспективи в транспорта

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

ЕЖЕДНЕВНИТЕ НИ СПЪТНИЦИ: АВТОМОБИЛИТЕ

РЕНЕСАНСЪТ НА ВЕЛОСИПЕДА

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

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

Мнозина преминават от четири на две гуми и пътуват от дома до училището или работното си място с вело-сипед – някои искат да защитят околната среда, други имат по-практични причини. Интересен факт е, че годишно се произвеждат два пъти повече велосипеди, отколкото автомобили, а през последното десетиле-тие има огромен ръст на продажбите на велосипеди. Има страни, в които велосипедите са истинска тради-ция, например Нидерландия, където велосипедите са повече от населението. Ситуацията е подобна в Китай и страните от югоизточна Азия, въпреки че там се използват и електрически велосипеди заради по-голе-мите разстояния.

За нарастващата популярност на велосипедите свиде-телстват все повечето уникални материали и модерни дизайни, които правят велосипедите дори още по-удобни, безопасни и неповторими. Едно от последните нововъведения са рамките от дърво или бамбук, които са изключително гъвкави и издръжливи.

BASF участва в създаването на иновативни материали и има свой собствен концептуален велосипед, който съчетава спомените за миналото и обещанията за по-добро бъдеще. „Концепция 1865“ прилича на произ-вежданите преди 150 години велосипеди, но включва 24 висококачествени инженерни пластмаси, специални пенопласти и материали от епоксидна смола и полиу-ретан, които придават уникален външен вид на вело-сипедите и предлагат несравнимо изживяване.

Факти и цифри

Всеки ден 95 500 нови превозни средства из-лизат на пътя в цял свят. През 2021 г. в света ще има приблизително 1,2 милиарда превозни сред-ства. Моторните превоз-ни средства отговарят за 40% от замърсяването на въздуха в Европа. Над 80% от пътуванията с автомобили в Европа са на разстояние под 20 километра.

56

58 59

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

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

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

ЕЛЕКТРИЧЕСКИТЕ АВТОМОБИЛИ – ПРЕВОЗНИТЕ СРЕДСТВА НА БЪДЕЩЕТО?

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

•

Факти и цифри

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

ВОДОРОДНА ЕЛЕКТРОЦЕНТРАЛА В АВТОМОБИЛА

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

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

58

60 61

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

Без никакво съмнение едно от основните изисква-ния пред автомобилите на бъдещето е внимател-ният подбор на материалите – учените трябва да се уверят, че панелите в каросерията са възможно най-безопасни, удобни и леки. Това е предизвика-телство, пред което са изправени и инженерите по дизайна във Формула 1, които искат да намалят те-глото на болидите заради високите скорости, докато преимуществото на свръхлекия дизайн в ежеднев-ния транспорт е, че автомобилите ще имат по-нисък разход на гориво. Разработваните от химическата промишленост иновативни пластмаси се използват все по-често, за да се олекотят автомобилите.

ЛЕТАТЕЛНИ АПАРАТИ С ВОДОРОДНО ЗАДВИЖВАНЕ ВЕЧЕ СА РЕАЛНОСТ

ХИМИЯТА НАМИРА СВОЯ ПЪТ В АВТОМОБИЛИТЕ

Факти и цифри

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

60

62 63

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

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

ИНФРАЧЕРВЕН ОТРАЖАТЕЛЕН СЛОЙ

ИНФРАЧЕРВЕНИ ОТРАЖАТЕЛНИ ПОКРИТИЯ

ВИСОКОКАЧЕСТВЕНА КОМПОЗИТНА РАМКА

ПРОЗРАЧЕН СОЛАРЕН ПОКРИВ

ИЗЦЯЛО ПЛАСТМАСОВИ ДЖАНТИ

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

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

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

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

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

ВИСОКОКАЧЕСТВЕНИ ИЗОЛАЦИОННИ ПЕНОПЛАСТИ

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

62

64 65

МНОГОФУНКЦИОНАЛНА УДОБНА СЕДАЛКА

ЕЛЕКТРОНЕН ТЕКСТИЛ

Седалките предлагат уникално съчетание от управление на температурата и лек дизайн. Новият самоносещ пластмасов корпус образува основата на седалката. Пенопластът осигурява удобство и намалява теглото на седалката. Мекият вълнен плат съдържа свръхабсорбиращи материали, които предлагат още повече удобство, като попиват влагата.

Електронният текстил представлява платове с поръчкови проводими покрития. Те заместват традиционното отопление на седалките. Осигуряват приятно усещане за топлина с директно нагряване на тялото при облегалките.

Учените отдавна се опитват да създадат автомобил, който използва различно от бензина и дизела гори-во. В момента биоетанолът и биоди-зелът са най-често използваните алтернативни горива, които се про-извеждат от специално отглеждани за тази цел растения, а не от изкопа-еми горива от дълбините на Земята. За производството на биоетанол се използват така наречените енергий-ни култури като цвекло и царевица, докато биодизелът се произвежда от растения с високо съдържание на мазнини, най-вече рапица и слънчоглед. За тези горива обаче са необходими огромни количества растения – за производството на 100 литра биоетанол е нужна повече

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

Хората ще спрат да приемат колите като лична собственост и ще започ-нат да ги споделят помежду си. Нача-лото на този подход сложиха мрежите за събиране на пътници със същата дестинация като собственика на автомобила. Една от най-популярните подобни общности е Uber, която вече се предлага в няколко централноев-ропейски държави. Тя представлява мобилно приложение, което показва наличните водачи от Uber около нас, които можем да повикаме като такси – но на по-ниска цена, а понякога ще споделим колата и с други пътници. Новите навици за употреба на ав-томобилите изискват нови видове автомобили – колата на бъдещето ще е значително по-лека от предиш-ните модели, ще се нуждае от много малко енергия и ще оказва по-слабо

въздействие върху околната среда. Придвижването в големите градове ще се осъществява с автомобили без шофьори по предварително зада-дени маршрути с GPS контрол. Тези автоматизирани превозни средства за бърз личен транспорт (PRT) ще се движат върху релси или магнитни пътища и ще побират най-много 3-6 пътници, които ще могат да избират дестинацията си по предварител-но зададен маршрут. Въпреки че това може да звучи футуристично, в световен мащаб вече работят над десет подобни системи. Най-старата и най-скъпа PRT система в света се намира в университета на Западна Вирджиния и транспортира студен-тите и гостите до някои от най-из-вестните дестинации в града. Освен това подобни малки автоматизирани превозни средства се използват на летище „Хийтроу“ в Лондон, както и в Масдар Сити – екологичният град в процес на изграждане в Обединените арабски емирства.

Обикновените пътнически автомоби-ли без шофьор вече не са в сферата на научната фантастика: Автомати-зираните Toyota Prius, които Google използва от години, не само заснемат изображения, но компютъризираните им карти „виждат“ пътните знаци, търсят алтернативни маршрути и предупреждават за светофари,

които все още не виждаме. Като използват лазери, радари и камери, автомобилите могат да анализират и обработват информация за заобика-лящата ги среда по-бързо от хората. Инженерите на Google вече тестваха безпилотния си автомобил на повече от 300 000 километра обществени магистрали и пътища.

Нововъведенията няма да подминат и обществения транспорт. В тази област най-обещаващи изглеждат влаковете на магнитна възглавница, наричани още „маглев“. Те са напълно екологични, защото се задвижват от магнитни полета. Като използват тази технология, влаковете могат да се движат със скорост над 400 км/ч, при това безопасно и почти безшумно. Днес подобни влакове се използват в Германия, Япония и Китай, като най-бързият от тях изминава разстояние от 30 километра за 7 минути. Тради-ционните влакове биха се нуждаели поне от три пъти повече време.Електрическите автобуси също ста-ват все по-разпространени, а учените не спират да се опитват да подобрят функционалността им. В Нидерлан-дия например се работи върху супер автобус, задвижван чрез литиево-полимерна батерия, който до голяма степен прилича на огромен спортен автомобил, може да пренася 23 път-ници и развива 250 км/ч.

НЕЩО НОВО, КОЕТО ДА ЗАМЕСТИ БЕНЗИНА

НОВИ ПЕРСПЕКТИВИ ЗА ТРАНСПОРТА НА БЪДЕЩЕТО

ИНЖЕНЕРИТЕ НА ГРАДОВЕТЕ НА БЪДЕЩЕТО СА НА МНЕНИЕ, ЧЕ ОТНОШЕНИЕТО НИ КЪМ ПЪТНИЧЕСКИТЕ АВТОМОБИЛИ НЕИЗБЕЖНО ЩЕ СЕ ПРОМЕНИ.

Хората ще спрат да приемат колите

лото на този подход сложиха мрежите

дестинация като собственика на

– но на по-ниска цена, а понякога ще

томобилите изискват нови видове

64

66 67

Факти и цифри

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

Непрекъснато увеличаващият се въздушен трафик също предла-га предизвикателства за учените – как да се намали замърсяване-то от самолетите. Приблизително 90 хиляди пътнически самолети летят всеки ден в световен мащаб, отделят големи количества парников въглероден диоксид и употребяват много керосин, кой-то се произвежда от нефт. Тези самолети изгарят приблизително 30 хиляди литра гориво за двучасов полет. С толкова гориво можете да напълните 600 пъти резервоара на автомобил.

Замяната на керосина с алтернативно гориво ще е голяма стъпка към постигането на устойчив въздушен трафик. На няколко места се произвеждат биологични горива за самолети – в Нидерландия например се планира да се удвои капацитетът на биолетището на Ротердам до 2020 г., като целта е да се намалят емисиите на CO2 на самолетите с 80% чрез употребата на устойчиво гориво. Друг текущ проект е „GreenSky London“, който цели да преработва500 000 тона отпадъци годишно в 50 000 тона самолетно горивои още толкова биодизел.

Рано или късно въздушният трафик ще се обърне към възобновя-емата енергия, като най-очевидният избор е слънчевата енергия. Малките самолети вече използват соларни панели. Върху крилата на първия подобен летателен апарат от този вид, Solar Impulse, са разположени 17 200 соларни панела, които събират енергия и я предават към двигателя. Този самолет вече е прелитал над океаните и ще обиколи Земята през 2015 г.

Задвижването на големи пътнически самолети със соларни пане-ли все още е само мечта. Най-вероятно учените ще разработят хибридно решение, което ще използва различни видове възобно-вяема и екологична енергия.

НЕБЕТО ВЕЧЕ Е НАШЕ

ЛЕТЯЩ АВТОМОБИЛ

Вече се проведоха първоначалните тестови полети

на първия летящ автомобил и скоро ще

започне серийното му производство.

Transition на Terrafugia се нуждае от 30

секунди, за да се превърне от обикновен

автомобил в малък двуместен самолет. С пълен резервоар

превозното средство може да измине 644 км

при скорост от 185 км/ч.

Галваничен елемент, батерия, горивна клетка – Всички те имат подобен начин на работа, който включва трансфер на електрони, т.е. окислително-редукционни процеси. Същността на производството на електрическа енергия е, че поглъ-щането и освобождаването на елек-троните са разделени в простран-ството, така че електроните трябва да преминат от анода (окисление) до катода (редукция).

Ако галваничният елемент остане без реагент, вече не може да произ-вежда повече електрическа енер-

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

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

НАУКА В ДВИГАТЕЛЯ

66

68 69

УСТОЙЧИВА ХРАНИТЕЛНА ВЕРИГА

Благодарение на науката можем да произвеждаме храна с необходимото количество и качество за растящото население на света, при това с възможно най-малко въздействие върху околната среда в цялата верига на доставките.

Прочетете за иновативните научни решения при производството на земеделски култури, следващото поколение опаковки за храни и вижте кухнята на бъдещето.

70 71

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

ГЛАД И ПРЕКОМЕРНА КОНСУМАЦИЯ

МАЙКАТА ЗЕМЯ НИ ДАРЯВА ХРАНА И ЖИВОТ

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

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

До голяма степен земята е свързана с храната ни – със зеленчуците, плодовете и дори месото, тъй като животните се изхранват с фуражи, произведени върху земни площи. Но обработваемите площи намаляват, тъй като растящите градове и агломерацията, както и бързо растящият брой пътни мрежи изискват още и още земя.

Обработваемите земи са изправени пред друг сериозен проблем – ерозия на почвата, което означава намаляване

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

Факти и цифри

Годишнаконсумация на храна от човечеството.7 милиарда тона зърно – за което са нужни 746 милиона хектара обработваема земя,210 милиона тона захар, 259 милиона тона мазнини.

70

72 73

КРЪ

ГЛ

И ЗЕМЕДЕЛСКИ ПЛОЩИ

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

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

Устойчиво земеделие означава стопанис-ването на налични площи с помощта на възможно най-малко вода и енергия, при минимално отделяне на отпадъци и произ-водство на достатъчно хранителни продукти за обществото. В земеделието вече са раз-вити редица идеи, които могат да направят растениевъдството по-устойчиво. Ето някои важни инициативи:

В сухи райони със слаби валежи растенията

обикновено се отглеждат на кръгли парцели. Този метод се нарича напояване с централна опорна точка. Предимството му е, че при него се ползва

по-малко вода в сравнение с традиционното напояване.

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

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

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

ИНОВАТИВНА ЗАЩИТА НА ПОЧВИТЕ ОТ ГЛОБАЛНОТО ЗАТОПЛЯНЕ

ГЛОБАЛНО ПРЕДИЗВИКАТЕЛСТВО: ДА НАПРАВИМ ЗЕМЕДЕЛИЕТО ПО-УСТОЙЧИВО

ВЕ

РТИ

КА

ЛН

А Г

РАД

ИН

А

АКВАПОНИКА

ПОДЗЕМНИ ОРАНЖЕРИИ

Факти и цифри

80% от почвите в света саунищожени. Замърсяването на почвите е 17 пъти по-бързо от възстановяването им 75 милиарда тона плодородни почви изчезват годишно.

72

74 75

Знаете ли, че?В последните години в квартали на няколко големи европейски града бяха създадени обществени градини, в кои-то жителите отглеждат зеленчуци, бил-ки и плодове за собствена консумация. Има места, където са разрешени също и птицевъдството и пчеларството.

•

Развойните инженери, изследва-щи възможностите за поддържане на високи добиви при по-ниското потребление на вода или при сурови климатични условия, също активно участват в битката за устойчиво развитие. Отдел „Растителна за-щита“ на BASF е в центъра на тази дейност. Те разработиха растения с толерантност към стресови факто-ри, които са по-издръжливи напри-мер на суша. Учените изследват как-туси и мъхове, обитаващи горещи и сухи райони и откриват над 100 гена, отговорни за степента на толе-рантност. Изследванията показват, че растенията с такива гени могат да оцелеят без вода в рамките на две седмици, докато „обикновените растения“ изсъхват. Напоследък инженерите работят и по хибрид-ни растения, което би допринесло

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

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

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

КАК МОГАТ ДА ПОМОГНАТ БИОТЕХНОЛОГИИТЕ?

БЕЗПИЛОТНИ САМОЛЕТИИ НАНО ОБЛАЦИ НАДПОЛЕТАТА

74

76 77

Очевидно скотовъдството е крайно неефективно с оглед използваните фуражи и площи, дори е жестоко към животните. То е и главната причина за глобалното затоп-ляне; и накрая, вторичните продукти от него замърсяват питейната вода.

Изглежда ситуацията не може да се разреши, като прос-то намалим производството. Необходими са по-радикал-ни решения, където науката може да помогне. От 2008 г. насам учените провеждат експерименти при производ-ството на животинско месо в лабораторни условия. След като получат проби от тъкани на две средностатистиче-ски животни, те започват да отглеждат мускулни тъкани от тази желеобразна клетъчна култура. Да вземем за пример месото в един хамбургер, което съдържа 20 хиляди мускулни влакна. Така произведеното месо не е генномодифицирано – клетките са същите, тъй като те са „развити“ по традиционния начин, като част от живо животно. Процесът е много ефективен, щом 20 хиляди тона говеждо могат да се произведат от една единствена проба. Този метод би понижил ползваните при ското-въдството земя и вода с 90%, както и със 70% потреб-лението на електроенергия. Макар че все още са нужни много изследвания, за да може в лабораториите да се произвежда месо за човешка консумация, мотивацията е налице – организацията за защита на животните PETA обяви награда от 1 милион долара за първия екип учени, който успешно синтезира пилешко месо, годно за ядене.

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

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

МЕСО БЕЗ МЕСО ХРАНАТА НАБЪДЕЩЕТО: МИКРОВОДОРАСЛИ

Факти и цифри

70% от земите се ползват предимноза скотовъдство 50% - Половината от питейната вода се консумира от добитъка,50% от добитъка създава половината от парниковите газове.

БИХТЕ ЛИ ЯЛИ БУБОЛЕЧКИ?

ООН наскоро публикува подробен доклад за ядивните насекоми, имайки предвид факта, че поради наближава-

щата продоволствена криза все повече хора ще бъдат принудени да консуми-рат богатите на протеини насекоми. За мнозина дори само мисълта е отблъск-ваща, но не бива да забравяме, че на-секомите са част от кухнята на редица култури от хилядолетия; освен това те

присъстват в менюто на двамилиарда човека

по цял свят.

ФОТОБИОРЕАКТОР

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

76

78 79

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

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

коша почти веднага след отваряне, като разграждането на повечето от тях, например пластмасите, полиетиле-новите бутилки и металните кутийки от безалкохолни, отнема дълги години.

Изумително е не само количеството на опаковките, но и това на остатъците от храната, особено в развитите стра-ни. Изхвърляме остатъци при приготвянето на храната, както и храна, която не изяждаме. Най-тъжно обаче е, че по-голяма част от храната изхвърляме направо с опа-ковката – това, което не се изяжда навреме, се изхвърля, дори без да се отвори.

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

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

опаковъчните материали безопасни за околната среда. Именно тази цел се обслужва от биоразградимата пластмаса – често използван ма-териал, от който се правят много пазарски торбички и чували за смет. Германската химическа фирма BASF е и лидер в разработването на раз-градими пластмаси. Произведеният от нея полиестер Ecofl ex®, израбо-тен от бактерии и гъби, вода, въгле-роден окис и биомаса, се разгражда за няколко седмици без остатък. Ecofl ex® се използва като покритие на хартиени чашки, за опаковане със стреч фолио на хранителни проду-кти, както и за производството на торби, които могат да се ползват за компостиране в домашни условия.

Факти и цифри

1,3 милиарда – Количествов метрични тоновете ежегодно произведена храна в световен мащаб, която е изостанала или изхвърлена – представля-ва около една трета от общото количество. 95–115 кг – Го-дишното количество от храни-телни продукти, годни за кон-сумация, които са изостанали или изхвърлени – на глава от населението в индустриалните страни.

Учените се занимават с този сложен

78

това опаковките, фолиата и бутилките да гарантират, че в тях храните

приоритет трябва да бъде и опазването на околната среда – това мо-

80 81

ДА ИЗЯДЕМ И ОПАКОВКАТА?

КАКВОПРЕДСТАВЛЯВА

КОМПОСТИРАНЕТО?

Компостирането е биологичен процес, по време на който органичните

отпадъци (като остатъци от храна, чай, градински отпадъци) се превръщат в хумусоподобна маса в резултат на

естественото разлагане. Тази маса се нарича компост, като тя може да се ползва например за повишаване на

почвеното плодородие.

Знаете ли, че?

??

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

•

ОПАКОВАНЕ – ИНТЕЛИГЕНТНИЯТИНСПЕКТОР ПО ХРАНИТЕ

СЕНЗАЦИОННА НОВИНА: ПЪРВАТА САМООХЛАЖДАЩА СЕКУТИЙКА ЗА НАПИТКИ

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

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

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

Самоохлаждащата се кутийка за напитки понижава темпе-ратурата на напитката с 1°C за три минути. ChillCan разпола-га с цилиндрична камера с въглероден диоксид под високо налягане, който навлиза в клапа, която се разширява в ос-новата на кутийката и завършва с бутон. При натискане на бутона клапата се отваря, въглеродният диоксид излиза от дъното на кутийката и се изпарява във въздуха. С разширя-ването си газът поема топлина от напитката и така намалява температурата й. Специалната кутийка за напитки – съдър-жаща енергийна напитка – вече се продава в САЩ.

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

Мнозина вярват, че новото поколение опаковки ще бъде различно дори и по отношение на функциите си – те не само ще съхраняват продукти, но и ще могат да се ядат. Водеща фигура в областта на ядивните опаковки за хранителни продукти е биомедицин-ският инженер д-р Дейвид Едуардс от Харвардския университет. Д-р Едуардс съвместно с екипа си от учени създава ядивна мембрана, изработена от биоразградим полимер и хранителни частици, която да замени традиционните опаковки като целофан и картон. Мембраната, наречена „Wikicell“, служи като естествена „бутилка“, подобно на кората или люспата на плодовете, която запазва плода вътре. Едуардс вярва, че в Wikicell е възможно съхране-нието на всякакви вкусове. За момента екипът е създал доматена мембрана, съдържаща студена супа гаспачо, мембрана с вкус на грозде, в която има вино и други. Едуардс е създател и на прототип на бутилка с покритие, подобно на яйчената черупка, която може или да се обели, или да се изяде заедно с мембраната под нея.

Тази мембраноподобна субстанция наподобява модерните в момента капсули с течен препарат за пране – прозрачен, подобен на фолио материал, който се разгражда в пералнята по време на пране в резултат на контакта му с водата.

Макар сега да ни е трудно да си представим как отхапваме от сандвича си заедно с опаковката, ядивните опаковки със сигурност ще имат важно място в бъдеще. В различни части на света редица учени работят по разработването на ядивни опа-ковъчни материали, които могат да се ползват при опаковането на безалкохолни напитки, сладкиши и дори свежи меса.

80

82 83

ДИЗАЙН В УСЛУГА НА УСТОЙЧИВОТО ОПАКОВАНЕ

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

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

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

•

НАУКАТА НА ЗАМРАЗЯВАНЕТО

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

Ферментиралите про-дукти, като сирена и вино, винаги съдър-жат вещества, които са токсични в големи количества.

82

84 85

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

ИНТЕЛИГЕНТНА КУХНЯ, ИНТЕЛИГЕНТНИ УРЕДИ

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

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

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

СЕДНЕТЕ ВЪРХУ ХЛАДИЛНИКА!

ГОТВЕНЕ И УРОЦИ ПО ХИМИЯ В ЕДНО

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

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

84

86 87

КУЛИНАРНИ РЕФОРМИ

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

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

НО КАК И ОТ КАКВО СЕ ПРАВЯТ ТЕЗИ СПЕЦИАЛИТЕТИ?

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

Ето сега може да се запознаете с някои от процесите от молеку-лярната кулинария, които про-менят текстурата на храните:

При този метод от естествени продукти като

яйца и соя се извлича лецитин, който се използва за разпенване и аериране не само в молекулярната

кухня, но и в хранителната промишленост.

Аериране

Една често ползвана добавка е емулгиращата паста, която се произвежда от животински и

растителни мазнини. С помощта на този материал на колоидно ниво се комбинират съставки,

които иначе не могат да се смесват, като така се постига

невероятен вкус и консистенция.

Метил желе (материал, създаден от целулоза) се ползва за топло

разпенване на съставките. Основното му свойство е, че

желира добре при температури над 60°C и омеква по време

на охлаждане. Ето защо то се ползва широко в хранителната

промишленост при приготвянето на някои полуфабрикати, а в кулинарното изкуство – като

слепващо вещество.

Ултразвуковата хомогенизация е по-ефективна от механичния метод

при смесването на сурови материали с различна полярност, като

например олио и оцет. Вибрациите на звуковите вълни между 20kHz и 10MHz карат съставките да се

движат на молекулярно ниво, като така може да се получи перфектна емулсия от няколко съставки като

олио и оцет.Безспорно най-очевидният елемент

от молекулярната кухня е ваната с течен азот. При -196°C в течен азот могат да се замразят най-

различни храни, които освен това се поднасят в компанията от ефектни пари. Например достатъчно е само да смесим съставките за сладолед и той ще се замрази моментално,

ако го полеем с течен азот. Така се замразяват и меса

за съхранение.

Придаването на сферична форма е техника, при която течностите се превръщат в желе. Постигнат се два вида резултати: при бавно желиране целият материал може да се пре-

върне в желатин; другият резултат е създава-не на мъниста с течно съдържание. (От втория резултат идва името на техниката „придаване

на сферична форма“). Алгинатът, който се извлича от водорасли, и калциевият хлорид

също могат да придават сферична форма бла-годарение на способността си да формират

водонеразтворимо съединение, което създава тънък слой върху повърхността на капчица

(овкусеният и оцветен алгинатразтвор се капва в разтвора с

калциев хлорид).

Емулгиране

Топло разпенване

Ултразвукова хомогенизация

Течен азот

Придаване на сферична форма

86

88 89

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

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

• •

СЪВЕТ!

СВЕТОВЕН ШАМПИОН ПОМОЛЕКУЛЯРНА КУХНЯ

ДА ГОТВИМ ВЪВ ВАКУУМ!

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

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

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

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

Факти и цифри

50% – кухни, използващи техниката sous-vide редовно, спестяват 50% енергия.

1– се опаковат във вакуум и се готвят

88

90 91

КАК РАБОТЯТ ТРИИЗМЕРНИТЕ ПРИНТЕРИ ЗА ХРАНА?

Триизмерните принтери създават специални материали, съхранявани в касетите пласт по пласт, които се втвърдяват един върху друг, като така се създават триизмерни предмети. Триизмерният принтер за храна работи на същия принцип с единствената разлика, че материалите в касетите са заменени от изходни продукти, които са годни за ядене, като въглехидрати, протеин на прах и витамини. Така принтерът реди компонентите един върху друг и приготвя хранителни продукти, годни за консумация.

Отпечатването на шоколад или бисквити вече не е проблем за фирмите, занимаващи се с печат на храна. Наскоро, известният американски производител на какаови бисквити Oreo, представи триизмерно отпечатана версия на продукта си. В момента се работи по създаването на по-сложни храни като пица, при които тестото трябва да бъде опечено по време на печата, а доматите и останалите продукти могат да се добавят върху тестото само след тази процедура.

ОТПЕЧАТАЙ ОБЯДА МИТриизмерният печат е нова технология, която може да повлияе на много сфери на живота ни, без кухнята да

прави изключение. Този удобен и бърз начин е изобретен с цел индустриално производството на компютърно проектирани части за прототипи, но впоследствие се

въвежда и в хранителната промишленост. Независимо че мнозина не могат и да си помислят да ядат пържоли, направени от триизмерен принтер, принтерът за храни скоро може да се превърне в основен кухненски уред.

НО ЗАЩО ТОЗИ УРЕД Е ТОЛКОВА РЕВОЛЮЦИОНЕН?

От една страна, с него може да се сложи край на разхищаването на хранителни продукти, тъй като материалите в касетите на принтера не могат да се развалят. В тези „хранителни касети“ има въглехидра-ти, протеини, макро- и микроелементи и витамини на прах; трайност-та им може да достигне до 30 години.Друго голямо предимство на печата на храна е фактът, че той съз-дава здравословни, индивидуални и разнообразни храни. Рецептата може да се промени във всеки момент с едно натискане на бутона в зависимост от предпочитанията на клиента (възрастни хора, бремен-ни жени, деца или хора със специфични хранителни нужди). Така че акцентът при това техническо нововъведение в кухнята е не само върху удобството, а върху нещо по-важно – фактът, че храненето може да бъде персонализирано и хората със специални хранителни нужди могат по-лесно да получат това, което търсят.

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

•

ТИ СИ ТОВА,КОЕТО ЯДЕШ

Този израз е валиден от векове. Независимо че храната е източник на важни (основни) хранителни вещества, повечето зарази навлизат в тялото ни именно с нея; ето защо е много важно какво ядем. Особено важно е разнообразието на менюто. Значима част от здраво-словното хранене е приемът на достатъчно количество нужни за функционирането на тялото ни хранителни вещества, независимо дали те са макроелементи (въ-глехидрати, мазнини и протеини) или микроелементи

(следи от елементи, витамини и антиоксиданти). Здра-вословните, т.нар. „функционални храни“, са нови хра-ни. Сред първите и все още масово продавани функ-ционални храни е йодираната сол. (Йодът е основен елемент за правилното функциониране на щитовидната жлеза.) Иновативните техники за готвене осигуряват високи хранителни стойности, тъй като запазват актив-ните полезни съставки в храната и създават възмож-ности за профилактика чрез храненето.

Този изразе валиденот векове.

90

92 93

бележки

СЪДЪРЖАНИЕ

Introduction 2,3

Животът в града 4,5

Бъдещето на водата – как науката може да утоли

жаждата ни? 6-11

Чист въздух с помощта на научни методи 12-19

Модерните градове на бъдещето 20-31

Интелигентна енергияja 32,33

Нов поглед към енергийните източници 34-43

Източниците на осветление на бъдещето 44-55

Нови перспективи в транспорта 56-67

Устойчива хранителна верига 68,69

Как да изхраним бъдещите поколения? 70-77

Интелигентните хранителни опаковки на бъдещето 78-83

Наука в кухнята 84-91

92

9494