Mérnöki Anyagtudomány 2

Átírás

1 Mérnöki Anyagtudomány 2 Dr. habil Németh Róbert NymE, Faipari Mérnöki Kar Faanyagtudományi Intézet nemethr@fmk.nyme.hu

2 Kondratyev A gazdaság ciklikus fejlődésének elve: ciklusok, a hosszú hullámok elmélete Kulcsfontosságú innovációk új társadalmi és gazdasági fejlődési fázisokat iniciálnak ( ) szovjet orosz közgazdász

3 A gazdaság ciklikus fejlődésének elve: ciklusok, a hosszú hullámok elmélete Kulcsfontosságú innovációk új társadalmi és gazdasági fejlődési fázisokat iniciálnak Nanotechn., Regenerative Energien, Gesundheit

4 Az anyagok és energiaforrások hasznosítása a XXI. században Fosszilis nyersanyagforrások év múlva kimerülnek, újak kellenek. _hp/has_meg/lab/english/co/co2.htm

5 Kihívás: fontosabb fém-lelőhelyek felfedezésének üteme és költsége

6 Globális éves elsődleges felhasználás meghaladja az 1 Mrd tonnát den-paper-1.html

7 Globális éves elsődleges felhasználás kb. 110 millió tonna (vasat kivéve) den-paper-1.html

8 Föld teljes becsült fémtartaléka 10 milliárd tonna (vas és magnézium nélkül) den-paper-1.html

9 Évi 2%-os elsődleges felhasználás növekedés mellett ennyi évre elegendők a készletek

10

11 Ritkaföldfémek A lantanoidák 15 elemből álló csoportját a szkandiummal és az ittriummal kiegészítve együtt nevezik ritkaföldfémeknek.

12 Indium és Tantál

13 A platinacsoport elemei (a platina (Pt) mellett az ozmium (Os), irídium (Ir), palládium (Pd), ródium (Rh), ruténium (Ru). Ritkaföldfémek, Gallium Energetika, pl: Hidrogéntechnológia forradalma: Al + Ga

14 Cerium is the most abundant of the rare earths. It s found in automobile catalytic converters and other pollution control equipment. And it helps to reduce sulfur oxide emissions. It s also added to diesel fuel to help it burn better.

15 Neodymium is used in magnets to make the magnetic field incredibly strong. Cell phones, computers and audio speakers wouldn t exist without neodymium magnets. And miniature motors wouldn t be possible at all without it.

16 Holmium has the greatest magnetic strength of any element, and is used in medical and dental lasers and nuclear control rods. It s also a colorant for glass.

17 Dysprosium s magnetic strength properties make it a useful material for certain lasers, fuel injectors for diesel engines, compact discs, and other various data storage applications.

18 Thulium is one of the rarest and most expensive of the rare earth metals. It has unique properties that make it ideal for laser-based surgical tools.

19 Yttrium is primarily utilized to make red phosphors for use in red LED s and superconductors.

20 Europium is a key ingredient in certain types of lasers and is a part of the chemical process to screen for Down s Syndrome.

21 Erbium is a silvery white metal created for use in photographic filters and as a coloring agent in cheap sunglasses and jewelry. It s also a key element in optical amplifiers widely used in fiber-optic communications systems.

22 Ritkaföldfémek politikai felügyelete

23 Újratermelhető nyersanyagok fontossága

24 Energiatermelésben: biomassza, újratermelhető nyersanyagforrások, szél-, nap-, vízenergia, hidrogéntechnológia, nukleáris energia

25 Anyagtudományokban az újratermelhető anyagok fokozott hatása várható (haszonnövények integrált hasznosítása, hulladékhasznosítás).

26 Anyagtudományokban az újratermelhető anyagok fokozott hatása várható (haszonnövények integrált hasznosítása, hulladékhasznosítás). Mercedes belső elemek Hemp Car Ford

27 Termelés a fenntarthatóság irányában kell, hogy elmozduljon

28 Évszázadokkal ezelőtt a megújítható nyersanyagokra épült a gazdaság, most ismét erre kell koncentrálni, de ez nem a vissza a természethez jelszó alatt történjen

29 Multidiszciplináris kutatások, fejlett technológiák alkalmazása új termékek kifejlesztésére újratermelhető nyersanyagokból

30 Kihívás: fenntartható módon biztosítani a termelés jövedelmezőségét, a nyomor és éhezés leküzdése mellett.

31 1980 World Conservation Strategy, erdészek gazdálkodási elképzeléseiből nőtt ki Fenntarthatóság: szociális + gazdasági + környezeti faktorok együttese.

32 A faanyag CO 2 -t köt meg. A termék életciklusa végén elégethető. Tartamos erdőgazdálkodással az idők végezetéig rendelkezésre álló nyersanyagforrás ,4 M ha erdő tűnt el (főleg trópusi rablógazdálkodás miatt) Világ erdei: M ha M ha ültetvény M m 3 hengeresfa termelés (2000-ben), ennek 50%-át elégettük (a tűzifa 90%-át fejlődő országokban használták el). Fafogyasztás 0,5m3/fő és nő, népességnövekedés miatt 2100-ra nem lesz elég a megtermelt faanyag.

33 Megoldás? Pl. olyan technológiák kifejlesztése, melyek növelik a termékek életciklusát Pl. intenzív ültetvényes fatermesztés, de problémák (alacsonyabb biloógiai tartósság, magas juv. Fa arány, csökkent gesztesedés, alacsonyabb sűrűség és szilárdság) Újrahasznosítás (recycling), mérnöki fatermékek (kis rönkméretekből nagy szerkezetek)

34 Miért újratermelhető nyersanyagok Vásárlók döntése (Biogén)? Vevők egyre inkább figyelnek a környezetvédelmi kritériumokra. Vevők környezetbarát termékeket akarnak, melyek könnyen ártalmatlaníthatók, újrahasznosíthatók, komposztálhatók. Vevők ma már elviselik a magasabb árat az ökotermékekre Válság hatása ennek ellenkezőjét is kiválhatja

35 Újratermelhető nyersanyagokból számos hasznos termék előállítható. Használatuk védi a környezetet és támogatja a helyi mező-, és erdőgazdálkodást.

36 Természetes rost-kompozitok - Autóipar Trabant 601 Karosszéria kompletten természetes rosterősítésű kompozitból.

37 Természetes szálerősítésű kompozit - Autóipar

38 Természetes szálerősítésű kompozit - Autóipar Kartámasz - Fiat

39 Természetes szálerősítésű kompozit - Autóipar AUDI Ajtó belső burkolata Kenderszáka + PE

40 Miért újratermelhető nyersanyagok (Biogén)? Újratermelhető nyersanyagok és energiák az ipar számára Az ipar ki akarja váltani a fosszilis energiákat és nyersanyagokat. A fosszilis nyersanyagok politikailag instabil régiókban találhatók (gyakran csak katonai erővel ellenőrizhetők). A gyártás során, ill. az ártalmatlanítás folyamatában környezetbarátabb termékek egyértelmű gazdasági versenyelőnyt nyújtanak.

41 Olajárak alakulása Németországban

42 Az emelkedő olajárak a természetes rostok használatát előre lendítik?

43 Bedeuten steigende Ölpreise auch Aufwind für Naturfasermaterialien?

44

45

46 Miért újratermelhető nyersanyagok (Biogén)? Alternatíva a MEZŐGAZDASÁGBAN A Gazdák újabb kereseti lehetőségek után kutatnak a non-food piacon. Növénytermesztést változatosabbá tenni. Műtrágya és vegyszerek használatának csökkentése. Len és kender pl. kisebb mennyiségben termelik Európában, még kihasználatlan lehetőségek, a klimatikus viszonyok megfelelőek.

47

48 Miért újratermelhető nyersanyagok (Biogén)? A KÖRNYEZET érdekében A megújuló energia források kímélik a fogyatkozó fosszilis készleteket (kőolaj, földgáz). A növényi biomassza elégetésékor csak annyi CO2 keletkezik, mint amennyit a növény élete során megkötött (CO2-semleges). A biológiai úton lebomló termékek komposztálhatók, ill. gond nélkül ártalmatlaníthatók. = kevesebb mérgező hulladék. Az ipar és a mezőgazdaság ökológiai átprogramozását támogatják.

49 Sustainability Fenntartható fejlődés Ökologie Ökonomie Soziales

50 Hans Carl von Carlowitz (*1645. December 14. Oberrabenstein bei Chemnitz; 1714 Március 3. Freiberg, Szászország) Német kamarás és bányafőkapitány, felelős az erdőgazdálkodásért is, ami a bányászat anyagszükségletének fő beszállítója.

51 Hans Carl von Carlowitz Megírta: Sylvicultura oeconomica, oder haußwirthliche Nachricht und Naturmäßige Anweisung zur wilden Baum-Zucht (1713) Az első erdőgazdálkodással foglalkozó kerek mű, a fenntartható erdőgazdálkodás alapjait lerakja

52 Ökocimkék

53 Miért újratermelhető nyersanyagok (Biogén)? KÖRNYEZETVÉDELMI INTÉZKEDÉSEK köteleznek 1988 Toronto, világ klímakonferencia követelése. CO2- kibocsátás csökkentése 2005-ig 20%-kal és 2050-ig. 50%- kal 1992 Rio de Janeiro, klíma keret-megállapodás, a fejlett ipari országok megállapodnak: 2000-ig az 1990-es szintre csökkentik a CO2-kibocsátás. Az EU tagállamai márciusában az üvegházhatást keltő gázok kibocsátásának csökkentésében állapodtak meg: 2010-ig 15%-os csökkentés (1990-es alap: 2,9 Mrd tonna). Középtávú cél: 2005-ig 7,5% -os kibocsátás-csökkentés a.

54 A Föld felmelegedésének korlátozása, max. +2 C Ezzel szemben 120 állam ajánlata: +3-4 C-ra elegendő

55 Kyoto Cél A kiotói megállapodás aláírói az üvegházhatást keltő gázok csökkentését akarják elérni. Az EU kötelezettséget vállalt arra, hogy 2008 és közötti időszakban a teljes emisszióját az 1990-es évekhez képest 8%-kal csökkenti. Németo ig 21%-kal akarja csökkenteni CO 2 emisszióját, 1990-es évhez viszonyítva. A kyotoi megállapodást aláíró országok vállalása: 2012-ig átlagban 5,2%-kal kevesebb üvegházhatást keltő gázt bocsátanak ki az 1990-es szinthez képest. A megállapodás mellékletében 6 üvegházhatást keltő gázt emelnek ki: széndioxid, metán, halogénezett fluorszénhidrogének (HFCs), perfluor-szénhidrogének (PFCs), kéjgáz (dinitrogén monoxid) és kén-hexafluorid.

56 Weltbevölkerung A Fülöp-szigeteken megszületett a 7 milliárdomodik ember Mrd. 5 4 Entwicklung der Weltbevölkerung und Dauer bis zur nächsten Milliarde 14 J. 13 J. 12 J.? 3 33 J Jahre

57 Egy főre jutó energia előállítás Hordó olaj egyenértékben [boe/c/year]

58 Ipari termelés és energiafelhasználás 1 USD GDP-re jutó CO2-kibocsátás Országonként ben és 2000-ben

59 Világ népessége Weltbevölkerung Weltproduktion Világ kitermelése CO2-koncentráció CO 2 -Gehalt 7 Mrd. 6 5 Bevölkerung Népesség Steinkohle Kőszén Erdöl Kőolaj 7 Mrd. t ppm

60 Erdőterület Erdőterületek csökkenése, + szcenárió, - szcenárió