Fakulteta za znanosti o okolju

Okolju prijazne tehnologije

Predmet se izvaja v programu:
Študijski program prve stopnje Okolje

Cilji in kompetence

  • Poznavanje osnovnih pojmov in zakonitosti s področja izrabe obnovljivih virov energije v različnih tehnologijah
  • Razumevanje principov delovanja pomembnejših naprav oz. tehnologij, kot so: tehnologije za zajemanje in shranjevanje ogljika, vetrnice, solarni sistemi, fotonapetostne celice različnih tipov, hidroelektrarne, elektrarne na bibavico, naprave za izkoriščanje energije valov, morskih tokov in toplotne energije morja, osmotske elektrarne, tehnologije za izkoriščanje geotermalne energije (hidrotermalno in geotlačno izkoriščanje, hlajenje vročih kamnin), pridobivanje vodika s fotoelektrolizo, pretvorba v električno energijo v gorivnih celicah različnih tipov, Li-ionske baterije, elektrokromne in fotoelektrokromne naprave, fotokatalitski sistemi za čiščenje vod in zraka, samočistilno delovanje na osnovi fotokatalize, fisijski in fuzijski jedrski reaktorji
  • Osvojitev nekaterih eksperimentalnih veščin v laboratoriju, povezanih z napravami za izkoriščanje obnovljivih virov energije
  • Sposobnost prepoznavanja dobrih praks in študenti razvijejo sposobnost kritične presoje obstoječih tehnologij s področja izkoriščanja obnovljivih virov energije

Pogoji za vključitev v delo oz.
za opravljanje študijskih obveznosti

Za uspešno osvajanje snovi je potrebno predhodno znanje kemije in fizike.

Vsebina

Predmet obravnava naslednja poglavja s hitro razvijajočega se področja okolju prijaznih tehnologij, ki temeljijo predvsem na izrabi obnovljivih virov energije:

uvod v energijsko problematiko in pomembnost trajnostne energije, tehnologije za zajemanje ogljikovega dioksida, vetrna energija, sončna energija (toplota, fotovoltaika), bioenergija, vodna energija (hidroelektrarne, energija morja in oceanov), geotermalna energija, gorivne celice in vodikova ekonomija, napredne baterije ter elektrokromne in fotoelektrokromne naprave, fotokataliza, jedrska energija.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:

Študenti razumejo in znajo pojasniti temeljne pojme in zakonitosti s področja izrabe obnovljivih virov energije in drugih relevantnih tehnologij: (i) pretvorba vetrne energije (znajo razložiti karakteristike vetrnice, pojasniti odvisnost moči vetrnice od hitrosti vetra, poznajo trend instalirane moči v zadnjih letih, različne tipe vetrnic in njihove prednosti / slabosti, možnosti obdelave površine proti ledenju, insektom, eroziji), (ii) pretvorba sončne energije v različnih sistemih (poznajo spekter sončnega sevanja, solarno konstanto, merilnike sončnega sevanja, vrste toplotnih solarnih sistemov, hlajenje s sončno energijo, princip fotonapetostne pretvorbe, primerne polprevodnike, karakteristike sončnih celic, delovanje standardnih silicijevih sončnih celic in vrste novejših tehnologij kot npr. DSSC in organske sončne celice), (iii) pretvorba bioenergije (poznajo oblike biomase, kurilnost in zgorevalno toploto goriv iz biomase, tehnologijo zgorevanja v štirih fazah, proizvodnjo bioetanola in biodizla, vplive na okolje), (iv) pretvorba vodne energije (poznajo razvoj vodnih elektrarn, znajo opisati in shematično prikazati delovanje nekaj tipov hidroelektrarn, znajo razlikovati med reakcijskimi in impulznimi turbinami, znajo razložiti pojav plimovanja in izkoriščanje te energije, poznajo tehnične izvedbe naprav za izkoriščanje energije valovanja, morskih tokov, toplotne energije morja, razlike v slanosti), (v) pretvorba geotermalne energije (poznajo potenciale in načine izkoriščanja, delovanje geosonde, geotermalne elektrarne na cikel s suho paro, mokro paro in binarni cikel, poznajo uporabe še za druge namene, izkoriščanje v Sloveniji), (vi) pridobivanje, shranjevanje in pretvorba vodika (poznajo trajnostni način pridobivanja s fotoelektrolizo v različnih konceptih naprav, poznajo tri osnovne možnosti shranjevanja vodika, znajo opisati pretvorbo v elektriko v gorivnih celicah PEMFC in SOFC, poznajo slabosti in prednosti vodika kot energenta), (vii) pretvorba jedrske energije (poznajo zgodovino razvoja, radioaktivnost in enote, princip cepitve jeder in nadzorovanje verižne reakcije v elektrarni, poznajo zgradbo sredice reaktorja, varnostne mehanizme, tipe jedrskih reaktorjev, ravnanje z izrabljenim gorivom in problematiko odpadkov, poznajo tudi princip zlivanja jeder in fuzijske reaktorje), (viii) fotokatalitska pretvorba (razumejo procese razgradnje onesnažil v okolju z uporabo polprevodniškega katalizatorja in ultravijoličnega sevanja, razumejo delovanje samočistilnih površin na osnovi fotoinducirane superhidrofilnosti in fotokatalize), (ix) poznajo tehnologije zajemanja in shranjevanja ogljikovega dioksida, saj je (in bo) energetsko izkoriščanje fosilnih goriv še vedno neizogibno. Študent se preko seminarske naloge nauči predstaviti problematiko z enega od zgoraj navedenih področij in o njej razpravljati z ostalimi študenti. Pri vajah študentje osvojijo osnovne računske tehnike v povezavi s solarnimi sistemi (npr. nizkoenergijska gradnja, izkoristki sončne celice), sestavijo in izmerijo delovanje naprave (npr. s sončno celico povzročijo elektrolizo vode, pridobljeni vodik pretvorijo v električno energijo v gorivni celici), ogledajo si primer dobre prakse v Sloveniji (ekskurzija).

Temeljna literatura in viri

  • Sustainable Energy Technologies: Options and Prospects, eds. K. Hanjalić, R. van de Krol, A. Lekić, Springer, 2008.
  • Renewable Energy, ed. G. Boyle, Oxford University Press, 2004.
  • Varstvo okolja in obnovljivi viri energije, S. Medved, P. Novak, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, 2000.
  • Energija in okolje: obnovljivi viri energije, S. Medved in C. Arkar, Univerza v Ljubljani, Zdravstvena fakulteta, 2009.
  • Predloge pri predavanjih/Slides for the lectures, U. Lavrenčič Štangar in B. Šarler, Univerza v Novi Gorici, vsako leto prenovljene/updated every year.

Podrobnejša literatura pri določenih poglavjih:

  • Issues in Environmental Science and Technology, Editors: R. E. Hester and R. M. Harrison, Carbon Capture, Sequestration and Storage, published by The Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK, 2010.
  • N. Dalili, A. Edrisy, R. Carriveau: A review of surface engineering issues critical to wind turbine performance, Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 428–438.
  • D. Rajver, A. Lapajne, N. Rman: Možnosti proizvodnje elektrike iz geotermalne energice v Sloveniji v naslednjem desetletju / Possibilities for electricity production from geothermal energy in Slovenia in the next decade, Geologija 55 (2012) 117-140.
  • S. Thomas, M. Zalbowitz: Fuel Cells – Green Power, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, USA.
  • Mills, S. K. Lee: A web-based overview of semiconductor photochemistry-based current commercial applications, Journal of Photochemistry and Biology A: Chemistry 152 (2002) 233-247.
  • K.-H. Heckner, A. Kraft: Similarities between electrochromic windows and thin film batteries, Solid State Ionics 152-153 (2002) 899–905.

Načini ocenjevanja

Kolokvij iz vaj (30 %), ustna predstavitev seminarske naloge (10 %), pisni izpit (60 %)

Reference nosilca

Izredni profesor za področje strojništva na Univerzi v Novi Gorici.

GJERKEŠ, Henrik, MALENŠEK, Jože, SITAR, Anže, GOLOBIČ, Iztok. Product identification in industrial batch fermentation using a variable forgetting factor. Control engineering practice, ISSN 0967-0661. [Print ed.], Oct. 2011, vol. 19, iss. 10, str. 1208-1215, doi:10.1016/j.conengprac.2011.06.011. [COBISS.SI-ID 11995931]

GOLOBIČ, Iztok, PETKOVŠEK, Jure, GJERKEŠ, Henrik, KENNING, D.B.R. Horizontal chain coalescence of bubbles in saturated pool boiling on a thin foil. International journal of heat and mass transfer, ISSN 0017-9310. [Print ed.], Dec. 2011, vol. 54, iss. 25/26, str. 5517-5526, doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.07.039. [COBISS.SI-ID 11996187]

GJERKEŠ, Henrik. Harmonizacija ekologije, ekonomije in sociale na energetski način. Didakta, ISSN 0354-0421, feb. 2013, letn. 22[!], št. 160, str. 14-16, ilustr. [COBISS.SI-ID 2677755]

GJERKEŠ, Henrik, PAPLER, Drago, ŠIJANEC-ZAVRL, Marjana. Sustainable development of power generation in Slovenia. V: GOLOBIČ, Iztok (ur.), CIMERMAN, Franc (ur.). Development and implementation of enhanced technologies 2011 : proceedings of the 3rd AMES International Conference, Ljubljana, Slovenia, November 29th-30th, 2011. 1st ed. Ljubljana: Association of Mechanical Engineers of Slovenia – AMES, 2011, str. 51-58. [COBISS.SI-ID 2052603]

ŠIJANEC-ZAVRL, Marjana, GJERKEŠ, Henrik. Sustainable energy networks : a hub for nearly zero energy buildings : presented at 3rd International Exergy, Life Cycle Assessment, and Sustainability Workshop & Symposium (ELCAS-3), 07-09 July, 2013, Nisyros, Greece. Nisyros: ELCAS-3, 9. jul. 2013. [COBISS.SI-ID 2911483]

Univerzitetna koda predmeta: 1OK030

Letnik: 2

Semester: 2

Nosilec predmeta:

Predavatelj:

Asistent:

ECTS: 6

Obseg:

  • Predavanja: 45 ur
  • Vaje: 15 ur
  • Samostojno delo: 120 ur

Vrsta predmeta: usmeritveni izbirni

Jeziki: slovenski

Metode poučevanja in učenja:
• predavanja nosilca predmeta z vključenimi seminarskimi predstavitvami študentov • eksperimentalno in terensko delo pod vodstvom asistenta • individualno delo pregleda virov in priprava na seminarsko predstavitev