Name of the program: SNOWMAN
Duration: 2010-2012
Competition: The 2nd call, ianuarie 2009
Title: REJUVENATE 2
Contacting Authority: ANCS
Project Coordinator: Swedish Geotechnical Institute , SGI
Project Manager:
INCDMRR-ICPMRR (Romania) – dr.ing Gheorghe Cruțu

Partners:

  • Swedish Geotechnical Institute , SGI (Suedia)- Coordinator
  • r3 (UK)
  • Dechema (Germania)
  • Bioclear (Olanda)
  • Hasselt University (Belgia)
  • INCDMRR-ICPMRR (Romania)

Main objective:

Selectarea si caracterizarea siturilor pentru studiile de caz din Romania prin aplicarea DST (Decision Support Tool) in redarea utilizarii terenurilor contaminate cu metale grele si/sau radionuclizi pentru culturi destinate productiei de biocombustibili Activitatile propuse: a) Participari la intalnirile de lucru parteneri din consortiu si la manifestarile stiintifice; b) Inventarul zonelor critice din Romania sun aspectul poluarii solurilor cu metale grele si/sau radionuclizi; c) Caracterizarea obiectivelor selectate pentru studiul de caz din punctul de vedere al tipurilor de culturi si posibilitatilor de utilizare, caracteristicile solurilor, evaluari economice si sociale, statutul tehnologiilor aplicabile pentru biocombustibili (studii de documentare, studii de teren, colectare de probe, analize specifice). Pregatirea terenurilor selectate pentru culturi-biomasa pentru biocombustibili (pre-cultivare)

Milestones Deliverables: rapoarte

Project supported co financed by: SNOWMAN ERA NET

Dissemination actions: www.snowman-era.net

Support actions for 7th Framework Programme: –

Type of the project: ERA NET

Activities

  • WP1 – Managementul proiectului si coordonare (Respoinsabil: SGI – Suedia)
  • WP2 – Diseminare si exploatare (Responsabil: SGI – Suedia)
  • WP3 – Utilizarea, testarea si dezvoltarea DST pentru culturi sustenabile pentru biocombustibili pe terenuri contaminate (studiu de caz). (Responsabil: BIOCLEAR – Olanda)
  • WP4 – Analiza SWOT a DST (Responsabil: SGI – Suedia)
  • WP5 – Fezabilitatea legislativa si economica a DST (Responsabil: CMK, Hasselt University – Belgia)

Conform propunerii de proiect validate de comitetul de coordonare al retelei SNOWMAN prin care s-a stabilit rolul fiecarei organizatii participante, partenerul roman, INCDMRR Bucuresti este implicat in cea mai mare masura in WP3 (studiile de caz din Romania), dar intr-o masura mai mica in celelalte actiuni.

Contributiile INCDMRR la realizarea proiectului SNOWMAN/Rejuvenate 2, in perioada 2010-2012, este finantata in cadrul Program PN II –IDEI, Proiecte de tip ERA-NET, prin contractul nr. 1 /2010, incheiat intre UEFISCSU, in calitate de autoritate contractanta si INCDMRR in calitate de contractor.

INTRODUCERE

Contaminarea solurilor cu metale in urma diverselor activitati industriale este la ora actuala o problema majora. Datorita interactiilor intre diferitele compartimente de mediu, contaminantii din sol se redistribuie in toate compartimentele de mediu cu implicaii asupra bunei functionări a sistemelor biotice naturale si starii de sanatate umana. Modul in care metalele se distribuie precum si transformarile suferite depind de proprietatile fizico-chimice ale metalelor si de parametrii de mediu.

Biocombustibilul obtinut din ulei de rapita, soia ori floarea soarelui poate fi folosit atat la utilajele din agricultura, dar si pentru autoturisme.

Folosirea biocombustibililor este esentiala, in special in conditiile in care emisia de gaze cu efect de sera s-a dublat in Romania din 1999-2000 pana in 2004. Introducerea biocombustibilului ar fi benefica si pentru transportul in comun. Ministerul Agriculturii incearca sa gaseasca solutii de stimulare a culturilor de plante energetice, in afara de subventiile primite de la Uniunea Europeana. Platile directe pentru plantele energetice sunt de aproximativ 45 euro/ha.

Dintr-o perspectiva generica, productia de biomasa de pe terenurile marginale contaminate, poate avea beneficii cu durabilitate semnificativa in functie de abordarea urmarita. Din perspectiva unui site specific exista oricum cateva aspecte care sunt necesare a fi luate in considerare pentru a indeplini cerintele de sustenabilitate.

ENERGIILE REGENERABILE:

Dependenta excesiva de energia bazata pe combustibili fosili peste tot in lume, contribuie semnificativ la incalzirea periculoasa a atmosferei planetei noastre. Din acest motiv trebuie gasite surse de energii sustenabile pentru toti, o energie mai curata si mai eficienta. Eforturile incepute deja de a extinde energia durabila se vor accelera in urmatorii 20 ani. Adunarea Generala a Natiunilor Unite a desemnat anul 2012 drept Anul International al Energiei Sustenabile pentru toti, astfel ca guvernele, sectorul privat si partenerii societatilor civile vor fi angrenati in atingerea a trei obiective majore pana in 2030:

  • asigurarea accesului universal la servicii energetice moderne;
  • reducerea volumului de energie la nivel mondial cu 40%;
  • cresterea consumului de energie din surse regenerabile la nivel global la 30%.

Necesarul de biocarburanti conform obligatiilor din Directivele UE sunt de 5,75 la suta din consum total de combustibili clasici pana la finele anului 2010, ceea ce inseamna circa 300.000 tone/an si de 10 la suta la finele anului 2020, adica in jur de 550.000 tone/an.

Se estimeaza ca in Romania in anul 2020 sursele regenerabile vor insemna 42% din consum, astfel: 11% eoliene, 27 % hidro si 4% biomasa, iar tara noastra va fi pe locul sapte in UE.

Pe plan mondial productia de biocombustibil la nivelul anului 2011, dupa statisticile companiei BP se prezinta conform tabelului de mai jos:

PRODUCTIA DE BIOCOMBUSTIBIL PE PLAN MONDIAL IN ANUL 2011

Tabel nr.1

Regiunea

Milioane tone petrol echivalent

% fata de 2010
America de Nord

29224

11,4
America Centrala si de Sud

16129

-9,7
Europa si Eurasia

9837

-9,0
Orientul Mijlociu

–

–
Africa

29

–
Asia / Pacific

3649

3,4
TOTAL

58868

0,7

Sursa- BP Statistical Review of World Energy 2012

Aceeasi statistica ne arata ca rezervele de petrol la nivelul anului 2011 sunt de cca. 1653 miliarde barili.

REZERVELE DE PETROL IN 2011

Tabel nr.2

Regiunea

Miliarde barili

% din total
Orientul Mijlociu

795,0

48,1
Europa si Eurasia

141,1

8,5
Africa

132,4

8,0
America Centrala si de Sud

325,4

19,7
America de Nord

217,5

13,2
Asia / Pacific

41,3

2,5
TOTAL

1652,7

100,0
Tarile OECD

234,7

14,2
Tarile OPEC

1196,3

72,4

Sursa- BP Statistical Review of World Energy 2012

Cum facem biodiesel:

Fabricarea biodieselului pe cale industriala urmareste in mare urmatorul proces, astfel:

Se incalzeste si se mentine uleiul la 60 grade Celsius in Preincalzitorul de ulei. Apoi, se introduce o sarja de 400 litri printr-un contor debitmetric in Reactor (acesta este creerul instalatiei). Tot in Reactor se introduce si Metanolul, dar si Metoxidul de sodiu (nemtesc, marca Degussa), apoi se mixeaza, temperatura scazand la 30 grade Celsius. Se incalzesc toate acestea pana la 85 grade Celsius, cand, la presiunea de 1.2-1.3 Bari, amestecul trecand prin niste sectiuni special proiectate, are loc o reactie chimica denumita si TRANSESTERIFICAREA uleiului, adica transformarea acestuia in doua componente cu densitati diferite: Biodiesel si Glicerol. Apoi se transvazeaza in unul din cele 5 Bazine de decantare de cate 600 litri, unde compusul dens al uleiului numit glicerol, dupa 2 ore se aduna la fundul acestora, iar biodieselul brut ramane deasupra lor. Apoi, se transvazeaza mai intai glicerolul si dupa aceea biodieselul. Glicerolul se poate folosi drept combustibil pentru incalzire, ca materie prima pentru fabricarea sapunului sau se poate purifica (cu o alta instalatie) in vederea obtinerii de Glicerina pura ( care se poate folosi la fabricarea medicamentelor si in industria cosmeticelor).

Urmeaza „spalarea uscata” sau purificarea biodieselului, care se face cu Silicat de magneziu, prin balbotare, cand se elimina eventualele urme de: acizi grasi, metanol si vapori de apa din biodiesel. Apoi, se face filtrarea la un micron, in vederea inlaturarii urmelor de magnesol, dupa care urmeaza filtrarea finala a produsului si stocarea acestuia.

Cel mai recomandat ulei destinat producerii de biocombustibil este uleiul de rapita. In tabelul urmator (3) sunt prezentate caracteristicile fizico-chimice ale acestuia comparative cu ale biodiesel-ului si ale motorinei. Mentionam si faptul ca punctul de congelare al uleiului de rapita este la -12ºC, comparativ cu al uleiului de floarea soarelui care este la -5 ºC.

Tabel nr.3

Caracteristici fizico-chimice Ulei de rapita Biodiesel Motorina
Densitatea la 20 ºC

(Kg/dm³)

0,92

0,88

0,84
Vascozitate cinematic la 20ºC (mm²/s)

74

6,3

4….6
Punct de inflamabilitate

(ºC)

317

184

80
Cifra cetanica

40

51

50
Putere caloric (MJ/Kg)

37,6

37

41,8

Bioetanolul.

Producerea bioetanolului utilizeaza ca materie prima produsele agricole– cartofi, seminte, cereale si sfecla de zahar.

Bioetanolul are o cifra octanica mai mare decat benzina, adica va avea o ardere mai eficienta, deci emisii de dioxid de carbon mai reduse decat in cazul motoarelor care functioneaza doar cu benzina. Evident, exista si unele dezavantaje: puterea energetica per litru in cazul bioetanolului e mai mica (34%), adica este nevoie de mai mult combustibil pentru acelasi numar de kilometri.

Principalele avantaje ale utilizarii bioetanolului sunt:

  • are cel mai avantajos pret posibil (de pana la 250 Euro/tona);
  • are o mare productivitate (intre 4 – 6 tone/ha in Europa, deci de trei ori mai mare decat a biodieselului, care costa si de trei ori mai mult);
  • poate fi produs relativ usor din zaharuri, seminte, amidon si biomasa lignocelulozica, inclusiv din deseuri organice municipale;
  • are un potential mondial considerabil (2 – 3 miliarde de tone/an);
  • este capabil sa patrunda in toate tehnologiile de utilizare.

Energie din biomasa

Biomasa este tot mai mult folosita pentru a face biocombustibili si a genera electricitate si este vazuta ca o sursa valoroasa de energie regenerabila. Exista in prezent mai multe dezbateri cu privire la sustenabilitatea productiei viitoare de biomasa, cu preocupari legate de efectele acesteia asupra productiei de alimente si a preturilor, a biodiversitatii, a resurselor de apa si a resurselor terestre. Cu toate acestea, se anticipeaza si se asteapta ca biomasa sa devina o sursa importanta si necesara de energie regenerabila in viitor.

Cu cererea de biomasa estimata a fi intre 50 si 250 EJ (Exajoule = 1,018 J) in 2050, biomasa ar putea, in principiu, sa indeplineasca pana la o treime din consumul de energie la nivel mondial, care se preconizeaza a fi de aprox. 600 – 1040 EJ / an.

REZULTATE OBTINUTE IN CADRUL ARIEI EXPERIMENTALE SELECTATA PENTRU STUDIUL DE CAZ DIN ROMANIA (ZONA COPSA MICA – LOC. MICASASA) IN ACEST AN

In cursul anului 2012 campul experimental a fost cultivat cu grau de toamna, orz, porumb, floarea soarelui si lucerna. Pentru determinarea concentratiei metalelor grele in soluri au fost recoltate probe de sol in luna mai si dupa recoltarea culturilor, in luna octombrie si analizate in laboratorul de analize chimice al institututlui prin spectrometrie cu absorbtie atomic.

Rezultatele analizelor de laborator efectuate in acest an pe probele de sol sunt prezentate in figurile 1-5.

Aspecte din campul experimental sunt prezentate in fotografiile urmatoare.

Masurarea conductivitatii solului

Pentru măsurarea salinităţii solului şi implicit a electro-conductivităţi solului menţionate anterior, măsurarea electro-conductivităţii aparente a solului (ECa) prin măsurarea rezistivităţii electrice şi a comportării electromagnetice este privită ca cea mai potrivită cale de stabilire a distribuţiei spaţiale a salinităţii la nivelul suprafeţei terenului sau mai profund. Măsurarea electro-conductivităţii aparente a solului (ECa) prin măsurarea rezistivităţii electrice şi a comportării electromagnetice prezintă interes maxim pentru agricultura de precizie, deoarece este o metodă sigură şi precisă, care permite obţinerea relativ simplă a unui volum mare de date măsurate.

Un alt factor care influenţează conductivitatea electrică aparentă (ECa) este temperatura. Conductivitatea electrolitică creşte cu o rată de aproximativ 1,9% cu fiecare grad Celsius de creştere a temperaturii. În mod obişnuit, conductivitatea electrică este indicată la o temperatură de referinţă de 25°C, pentru a permite comparaţii.

Masurarea conductivitatii solului din campul experimental de la Micasasa s-a efectuat cu ajutorul unui aparat portabil model HANNA Instruments, tip HI 993310. Masuratorile efectuate pe culturi au aratat urmatoarele valori:

  • la cultura de porumb si floarea soarelui EC = 0,32 – 0,38, mS/cm (val.ideala este 0,3-0,5 mS/cm);
  • la cultura de grau EC = 0,26 – 0,41 mS/cm (valoarea ideala este 0,2-0,4 mS/cm);
  • la cultura cartofi EC = 0,34 – 0,36 mS/cm (valoarea ideala este 0,2-0,5 mS/cm);
  • la cultura de lucerna EC = 0,32-0,45 mS/cm (valoarea ideala este 0,2-0,5 mS/cm).

S-au efetuat masuratori si intr-o alta locatie in apropierea campului experimental intr-o cultura de miscanthus, valorile EC fiind de 0,31 – 0,32 mS/cm.

Determinarea concentratiei de metale grele in vegetatie

Determinarea metalelor grele din vegetatie se realizeaza in urma unei dezagregarii adecvate si apoi se masoara concentratia prin metoda spectrometrica de absorbtie atomica in flacara (SR ISO 11047). Toate masuratorile au fost efectuate cu un spectrometru de absorbtie atomica in flacara Varian SpectrAA – 220 cu lampi catodice Varian. S-a folosit flacara aer/acetilena pentru Zn, Mn, Cr, Ni, Cd, Cu, Pb, Fe, Co, Na, K, Mg si flacara protoxid de azot/ acetilena pentru Ca si Sn. S-a aplicat o corectie cu deuteriu cand a fost nevoie (in functie de lungimea de unda).

Pe baza datelor din aceste tabele s-au realizat si graficele din figurile 6 – 11.

CONCLUZII

  • Campul experimental a functionat timp de trei ani, in perioada 2010-2012.
  • Pe parcursul celor trei ani concentratia de diferite elemente chimice in sol variază, scăderi sau cresteri în limite foarte mici, dar cele mai multe sunt păstrate constante.
  • Concentratia cuprului (Cu) variaza de la valori de 60 ppm în 2010 a scăzut la valori de 30-50 ppm în 2011 si chiar în 2012 la 10 ppm în sol cultivat cu porumb.
  • Nichelul (Ni) scade de la valori mai mari de 100 ppm in 2010 la 30 – 50 ppm in urmatorii ani si creste in schimb in solul cultivat cu lucerna.
  • Plumbul (Pb) ramane in toti anii la valori ridicate ale concentratiei in soluri, 220 – 260 ppm, cu mici variatii de-a lungul timpului.
  • Zincul (Zn) are valori mari ale concentratiei, cuprinse intre 350 si 500 ppm, iar concentratia de cadmiu (Cd) ramane in acest interval la un nivel ridicat, 6,8 – 7,4 ppm.
  • Singurul element care se incadreaza in reglementarile legale este manganul (Mn), cu valori cuprinse intre 400 si 600 ppm, fata de nivelul maxim admis de 900 ppm.
  • Concentratiile de metale grele din plante au avut o crestere mare de Fe, Pb, Zn, Ni si Cr.
  • Analizand valorile concentratiilor de metale grele in plante se constata ca in paiele de grau se gasesc elementele Fe, Pb, Zn, Mn si Ni in concentratii mult mai mari, de 3 pana la 10 ori peste valorile normale. In acelasi timp concentratiile in semintele de grau sunt putin peste valorile din paie.
  • La semintele de porumb concentratii mari de 3-5 ori peste normal le are Fe, Pb este putin peste norme, Zn are valori de 10 ori mai mari, iar celelalte elemente sunt in limite normale. Plantele de porumb au concentratii variabile in diferite parti ale acestora. Astfel Fe se gaseste in concentratii mult peste norme, ajungand in tulpina la valori si de 20 ori peste limite, Pb are cele mai mari valori in frunzele de pe tulpina si in frunzele de pe stiuleti, Zn are valori de 10-20 ori mai mari in frunze si in tulpina, Cu si Ni au valori mari in frunze si tulpina, iar Mn este in limite normale.
  • La floarea soarelui concentratii mari de Fe, Cu si Pb se gasesc in tulpina si frunze, iar in seminte cele mai mari concentratii le are Zn, urmat de Ni, Mn si Cr.
  • Cartofii au Fe si Zn de 5 ori peste limite, iar Pb, Cd si Ni in concentratii putin marite. Celelalte elemente sunt in limite normale.
  • Lucerna are concentratii de Cu de 2,5 ori peste norme, de fier de 2 ori mai mari, de Zn de 6 ori mai mari side Cd de 3 ori mai mari.
  • O planta speciala este Mischantus care acumulează in fiecare an concentratii ridicate de metale grele, cum ar fi Fe, Pb, Ni, Cr, Mn, comparativ cu alte culturi.
  • Terenurile respective vor fi folosite in continuare pentru culturi agricole cu folosinta in alimentatia animalelor si oamenilor. O altă posibilitate ar fi utilizarea acestui teren ca pasune pentru animale.

Recomandari:

Recomandăm ca productia de seminte si biomasă de pe terenurile cu asemenea concentratii de metale grele să fie utilizata mai putin in hrana animalelor si oamenilor;

Utilizarea semintelor de pe aceste terenuri în productia de biocombustibili (bioetanol si biodiesel);

Utilizarea biomasei ca biocombustibil pentru încălzirea locuintelor, prin transformarea acesteia in pelete.

Imbunatatirea legislatiei romanesti in sensul stimularii valorificarii resturilor vegetale.

Continuarea unor cercetari asemanatoare si intr-o zona contaminata radioactiv.