Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini

Transcription

1 AKADEMIJA NAUKA, KULTURA I UMETNOSTI VOJVODINE Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Novi Sad, 2015 A

2 AKADEMIJA NAUKA, KULTURA I UMETNOSTI VOJVODINE Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Novi Sad, I

3 AKADEMIJA NAUKA, KULTURA I UMETNOSTI VOJVODINE Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija ISBN ZA IZDAVAČA Akademik Milorad Miloradov UREDNIK Akademik Milorad Miloradov UREDNIŠTVO Akademik Miloš Tešić Akademik Lajoš Genc Akademik Branimir Gudurić RECENZENTI Prof. dr Ivan Aničin Akademik Đorđe Đukić Prof. dr Artur Bjelica Doc. dr Ivana Mihajlović Prof. dr Ivana Štajner-Papuga Akademik Miloš Tešić Prof. dr Ljiljana Vojinović Ješić Prof. dr Goran Vujić LEKTOR I KOREKTOR Mr Nataša Belić DESIGN & PREPRESS Lazarus, Kać ŠTAMPA Grid, Novi Sad TIRAŽ 100 Istraživanja za ovu monografiju omogućena su sredstvima Pokrajinskog sekretarijata za nauku i tehnološki razvoj, Novi Sad Štampanje ove publikacije su omogućili Prof. em. dr Mirjana Vojinović Miloradov i Integra Idea Group, Novi Sad II

4 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija SADRŽAJ In Memoriam Milorad Miloradov... V Predgovor.... XII Endre Pap Istraživanje ključnih matematičkih problema u teoriji odlučivanja vezanih za donošenje odluka u neodređenim kompleksnim sistemima... 1 Milorad Miloradov, Serafim Opricović, Mirjana Vojinović-Miloradov Istraživanje mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom Đorđe Đatkov, Milan Martinov, Miloš Tešić Metoda za odlučivanje o poboljšanju efikasnosti generisanja energije iz obnovljivih izvora: primena za bio-gas postrojenja Rudolf Kastori, Miladin Brkić, Ivana Maksimović, Marina Putnik Delić Ekološki aspekti primene biomase u proizvodnji energije zelena energija i plodnost zemljišta Duško Čučković, Danijela Stanković Baričak, Branimir Gudurić Razvoj modela rangiranja zdravstvenih ustanova na teritoriji AP Vojvodine Vukadin M. Leovac, Marko V. Rodić Kompleksi metala sa S-alkilizotiosemikarbazidima Livija Cvetićanin, Ivana Kovačić Proučavanje i razvoj metoda proračuna vibracionih karakteristika sistema konstrukcija koje se projektuju Ištvan Bikit, Dušan Mrđa Metode odlučivanja u slučajevima povećanog radijacionog rizika III

5 CIP - Каталогизација у публикацији Библиотека Матице српске, Нови Сад ( ) PROUČAVANJE i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini [Elektronski izvor] : monografija / [urednik Milorad Miloradov]. - Novi Sad : Akademija nauka, kultura i umetnosti Vojvodine, XVIII, 250 str. Način dostupa (URL): - Nasl. sa naslovnog ekrana. - Opis zasnovan na stanju na dan: Str. III-XV: Predgovor / Milorad Miloradov. - Bibliografija uz svaki rad ISBN a) Теорија одлучивања - Установе - Војводина COBISS.SR-ID IV

6 In Memoriam Milorad Miloradov Akademik Vojvođanske akademije nauka i umetnosti Milorad Miloradov preminuo je iznenada 29. juna godine. Milorad Miloradov je rođen godine u Rumenki kraj Novog Sada. Završio je gimnaziju u Novom Sadu godine. Diplomirao je na Građevinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu godine, a na istom fakultetu je završio magistarske studije i odbranio doktorsku disertaciju godine. Odmah po diplomiranju godine, zaposlio se u Institutu za vodoprivredu Jaroslav Černi, gde je prošao sve faze razvoja u uglednog naučnog radnika, od asistenta-saradnika, naučnog savetnika, a potom i generalnog direktora Instituta. Iz Instituta Jaroslav Černi je godine prešao na Fakultet tehničkih nauka, Univerziteta u Novom Sadu, na kome je radio sve do penzionisanja godine. Držao je nastavu na poslediplomskim studijama na Fakultetu tehničkih nauka i Centru za multidisciplinarne i interdisciplinarne studije inženjerstva zaštite životne sredine. Kao izuzetno aktivan i angažovan naučni radnik neizmernu energiju ulio je u organizaciju naučnoistraživačkog rada u oblasti zaštite i unapređenja voda. Ovi napori se neposredno ogledaju u razvoju Instituta za vodoprivredu Jaroslav Černi, u kome je proveo oko 30 godina aktivnog rada, od čega dvadeset godina na visoko rukovodećim poslovima. Sedam godina je bio rukovodilac uglednog Odeljenja za uređenje vodnih tokova i uticao na razvoj naučnoistraživačke delatnosti u oblasti rečne hidraulike, uređenja vodnih tokova i slivova, razvoj kadrova i metoda istraživanja u oblasti rečne hidrotehnike. Milorad Miloradov je od do godine bio je pomoćnik, odnosno zamenik direktora Instituta, a na mestu direktora bio je od do godine, gde je radio na planiranju i realizaciji kompleksnih multidisciplinarnih istraživanja u oblasti vodoprivrede u Jugoslaviji, kao i učešću Instituta na inostranim tržištima. U tom periodu je svojim vizijama presudno uticao na značajnu i dinamičku ekspanziju i strateški razvoj Instituta, u svim oblastima delatnosti Instituta. Taj period je jedan od najdinamičnijih perioda Instituta - primanjem novih mladih kadrova, koji su odmah upućivani na poslediplomske studije i specijalizacije, izgrađeni su znatno povoljniji prostorni uslovi za istraživački rad, osnovan je moderan računarski centar koji je postao okosnica za uvodenje u redovno korišćenje najsavremenijih metoda planiranja i optimalnog upravljanja u oblasti voda, proširene V

7 VI su poslovne veze Instituta sa privredom i naučnoistraživačkim organizacijama i fakultetima u zemlji i inostranstvu, društveno-političkim zajednicama i drugim organizacijama. Takođe, u tom periodu Institut je realizovao brojne značajne projektne zadatke od kojih se posebno izdvajaju: Vodoprivredna osnova SFRJ - sadašnje stanje, Dugoročno snabdevanje Srbije vodom do godine, Zaštita priobalja pod uticajem HE Đerdap i druge projekte. Delatnost Instituta pokrivala je teritoriju SFRJ, kao i niz zemalja širom sveta. Posebno je naglašena i proširena naučna i poslovna međunarodna saradnja Instituta, prilikom čega je Institut dobio značajno međunarodno priznanje - osnovan je, uz podršku UNESCO-a i holandske vlade, Međunarodni kurs iz vodoprivrednog inženjerstva, u okviru koga je tokom deset godina preko 200 stručnjaka iz oko 30 zemalja prošlo kurseve inovacije znanja iz različitih oblasti vodoprivrede. Prof. dr Milorad Miloradov je, kao vrstan organizator i ekspert u oblasti upravljanja vodama, bio imenovan na veoma značajna mesta u Sektoru upravljanja vodama. Bio je član Komisije za vodoprivredu Saveznog saveta za koordinaciju naučnih delatnosti, član Komisije za vodoprivredu Republičkog saveta za koordinaciju naučnih delatnosti, član Odbora za tehničko-tehnološke nauke Republičke zajednice nauke Srbije i predsednik Radne grupe za građevinarstvo i vodoprivredu, delegat u Skupštini Pokrajinske zajednice Vojvodine za naučnoistraživačku delatnost, sekretar Naučnog veća Makroprojekta Istraživanja kompleksnog gazdinstva vodom u Jugoslaviji i drugo. Bio je rukovodilac mnogih naučnoistraživačkih projekata, od kojih se posebno izdvajaju: Unapređenja primena matematskih metoda u rečnoj hidraulici, Poplavni talasi i deformacija korita kod meandrirajućih tokova složenog poprečnog preseka, Studija regulacionih građevina itd. Početkom godine akademik Milorad Miloradov je postavljen za direktora tog Nacionalnog programa, kao jedan od vodećih naučnika u oblasti vodoprivrede u našoj zemlji i glavni kreator Nacionalnog programa primenjenih i razvojnih istraživanja, uređenja, korišćenja i zaštite voda u Srbiji. Program sadrži 15 projekata koji obuhvataju rešavanje veoma širokog spektra najaktuelnijih istraživačkih problema iz oblasti vodoprivrede u Srbiji. U realizaciji Nacionalnog programa učestvovale su sve vodeće naučnoistraživačke institucije i fakulteti koji se bave predmetnim istraživanjima sa preko 200 naučnih radnika i saradnika. U periodu od tri godine rada na Projektu saradnici su objavili preko 250 naučnih radova u domaćim i međunarodnim časopisima i konferencijama. U okviru naučne delatnosti VANU akademik Miloradov je radio na realizaciji dva veoma značajna projekta: jedan domaći, koji je finansirao Pokrajinski sekretarijat za nauku i tehnološki razvoj Vodoprivredni bilans Vojvodine optimalno upravljanje i održivi razvoj, i drugi, međunarodni, koji je finansirala Vlada Slovačke Republike Integrated management of selected river basin complying with the European Water Framework Directive. Uporedo sa naučnoistraživačkom i drugim delatnostima u Institutu za vodoprivredu Jaroslav Černi, profesor dr Miloradov je već od godine aktivno angažovan u visokoškolskoj nastavi, gde uspešno koristi svoje bogato ekspertsko i konsultantsko iskustvo. Od do godine radio je kao honorarni asistent na Građevinskom fakultetu u Beogradu, na predmetu Hidraulika. Od do angažovan je na Građevinskom fakultetu u Nišu, najpre kao docent, a zatim kao vanredni i redovni profesor. Na tom fakultetu predavao je dva predmeta na Hidrotehničkom smeru: Uredenje vodo-

8 toka i Vodoprivreda i regionalno planiranje. Za pionirsku ulogu na formiranju drugog predmeta dobio je plaketu Univerziteta u Nišu. U periodu od do godine pod mentorstvom profesora dr M. Miloradova diplomiralo je više desetina građevinskih inženjera, od kojih neki danas zauzimaju odgovorna mesta u privredi. Pored redovne nastave, profesor dr Miloradov je godine predavao na poslediplomskim studijskim programima: dve godine na Rudarsko-geološkom fakultetu u Beogradu, a u periodu na Građevinskom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu na predmetu Hidraulika prirodnih vodotoka. Posebno je bio angažovan u procesu za inovaciju znanja na magistarskim studijama i doktorskom nivou. Jedan je od predavača na seminaru Erozija, bujični tokovi i rečni nanos, koji je organizovao Jugoslovenski komitet za međunarodni hidrološki program. Na međunarodnom kursu iz vodoprivrednog inženjerstva, koji je održan u periodu godine, uz podržku UNESCO-a i Vlade Holandije, dr M. Miloradov je držao nastavu iz dva predmeta: Water Resources Management and Planning i River Engineering Structures. Od godine profesor Miloradov prelazi na Fakultet tehničkih nauka, Univerziteta u Novom Sadu, gde je na Građevinskom odseku formirao predmet novi savremen Hidrotehnika, koji je sa entuzijazmom predavao sve do penzionisanja. Pored toga, više godina predavao je na Poljoprivrednom fakultetu Univerziteta u Novom Sadu, predmet Vodoprivredni sistemi. Godine prof. dr Miloradov, kao gostujući profesor, boravi u Kanadi na Univerzitetu u Manitobi, Winipeg, gde sa saradnicima radi na razvoju primene ekspertskih inteligentnih sistema u hidrotehnici i zatim organizuje, u saradnji sa prof. dr S. Simonovićem, seminar na Fakultetu tehničkih nauka u Novom Sadu na istu temu. Početkom godine prof. M. Miloradov posebno se angažuje na formiranju prvog i jedinstvenog Univerzitetskog interdisciplinarnog centra za obrazovanje u oblasti inženjerstva zaštite životne sredine na nivou specijalističkih, magistarskih i doktorskih studija na Univerzitetu u Novom Sadu, u vreme kada takve studije nisu postojale ni u jednoj zemlji centralne i istočne Evrope. Koristeći svoje profesionalne i kolegijalne kontakte i saradnju sa poznatim profesorima i naučnim radnicima iz Evrope akademik Miloradov je obezbedio da Univerzitet iz Vaheningena, Holandija i Univerzitetski koledž iz Londona, UK postanu saradnici u formiranju Centra. Značajnu ulogu je imao u dobijanju TEM- PUS Projekta sa visokom finansijskom podrškom Programa Evropske zajednice za formiranje univerzitetskog Centra, koji je obrazovao stručnjake iz inženjerstva zaštite životne sredine za Istočnu Evropu. Prof. dr Miloradov je, sa grupom profesora sa Univerziteta u Novom Sadu i u saradnji sa dva evropska Univerziteta, razradio sve nastavne programe za obrazovanje u oblasti inženjerstva zaštite životne sredine za 4 smera obrazovanja: Zaštita voda, Zaštita vazduha, Dispozicija i tretman čvrstog otpada i Graditeljstvo i životna sredina. Dr M. Miloradov je bio prvi rukovodilac Centra i ostavio je dubok trag u njegovom formiranju i razvoju, što je sa velikom posvećenošću i ljubavlju dalje nastavila njegova supruga i saradnica profesorica Mirjana Miloradov. Profesor dr Miloradov je predavao nekoliko predmeta kao što su Sistemske analize I i II i predmete iz oblasti Zaštite voda. Bio je mentor za izradu više magistarskih radova i jedne doktorske disertacije. U periodu od do godine prof. Miloradov je bio specijalni savetnik u Ministarstvu vodoprivrede i šumarstva Vlade Južnoafričke Republike. Tada je angažovan i na Građevinskom odseku Witswatersrand Univerziteta u Johanesburgu kao spoljni ispi- VII

9 tivač na završnoj godini studija, a zatim i u odbrani dve magistarske teze i jedne doktorske disertacije. U istom periodu učestvuje u realizaciji nastave na International Course in GIS Application in Environmental Planning, Management and Decision Making with Amphasis on Water Quality i u realizaciji dva istraživačka Projekta koje organizuje Centar za inženjerstvo i životnu sredinu istog fakulteta. Naučnoistraživačka i publicistička aktivnost prof. M. Miloradova bila je vrlo plodna. Svoja istraživanja objavio je u preko 160 publikovanih radova i osam knjiga i monografija, a realizovao je i više od 70 značajnijih studija, istraživanja i projekata. Naučna delatnost može se grupisati u četiri osnovne oblasti: 1. Uredenje rečnih tokova i rečna hidraulika (preko 50 radova, većinom u inostranstvu). 2. Vodoprivreda i vodoprivredno planiranje (preko 50 publikovanih radova, od kojih preko 30 u inostranstvu). 3. Zaštita životne sredine i zaštita voda (preko 55 publikovanih radova, od kojih 35 u inostranstvu). 4. Informacioni sistemi i njihova primena u vodoprivredi i zaštiti životne sredine (40 radova, od kojih preko 15 u inostranstvu). Pored ovoga, realizovao je preko 180 značajnih studija i projekata u svim oblastima vodoprivrede i zaštite životne sredine. Prva grupa radova čini širi spektar radova koji se odnose na razne oblasti rečne hidraulike i uredenja vodotoka. Radovima su obuhvaćeni fizički rečni modeli sa fiksnim i pokretnim dnom, matematički modeli za proračune deformacije rečnih korita u prirodnim uslovima i pod dejstvom rečnih regulacionih građevina, nestacionarno tečenje vode i nanosa u rekama, funkcionalnost i stabilnost regulacionih građevina, i na kraju, promena u rečnim akumulacijama kao što je Dunav uzvodno od HE Đerdap. U tim radovima je korišćena savremena metodologija eksperimentalnog i analitičkog istraživanja: tehnika fizičkih modela, istraživanja na terenu, stohastička istraživanja rečnih pojava, matematičko modeliranje rečnih procesa i numeričko rešenje parcijalnih diferencijalnih jednačina primenom računara itd. Iz ovog bogatog istraživačkog opusa mogu se izdvojiti neki značajniji razvojni prodori. a) Primena teorije stohastičkih procesa na razvoj proseka rečnih korita. b) Razvoj matematičkih modela za analizu deformacije korita aluvijalnih vodotoka. Taj model koristi eksperimentalne podatke prikupljene na našim velikim aluvijalnim rekama (Dunav, Sava, Velika Morava) i prilagoden je rekama kod kojih na promene u koritu utiču i vučeni i suspendovani nanos. Model je korišćen u brojnim studijama i projektima u našoj zemlji i inostranstvu. c) Analiza neustaljenog tečenja vode i nanosa u aluvijalnim koritima. Iz te oblasti, koja se smatra jednom od najsloženijih u hidrotehnici, deo svojih istraživanja je sistematizovao u okviru doktorske disertacije (1978). Rešenje koje je dr M. Miloradov dao ima značajne prednosti nad sličnim pokušajima u primeni u svetu za uslove prirodnih korita sa nepravilnim koritima (sa brojnima adama, rukavcima, inundacijama). d) Razrada uputstava za projektovanje i izgradnju regulacionih građevina. VIII

10 Značajne istraživačke doprinose prof. Miloradov je dao u oblasti vodoprivrednog planiranja, sistematizujući ta istraživanja u preko 50 radova, pet knjiga i jednu skriptu. Pomenuti opus je vrlo širok, zasniva se na sistemskoj analizi i kreće se od razvoja metoda planiranja kompleksnih vodoprivrednih sistema do matematičkih modela upravljanja složenim sistemima u realnom vremenu i obrade vodoprivrednog bilanasa na lokalnom i globalnom nivou. U ovoj oblasti posebno su značajni sledeći radovi: Metodologija za procenu vodnih resursa (Guidelines for Conducting Water Resources Assessment), izdanje UNESCO-a, objavljena godine u okviru serije Studies and Reports in Hydrology i Modeliranje bilansa voda na globalnom nivou (Modeling of the Water Resources Balance on a Global Basis) koje je dr M. Miloradov realizovao kao ekspert UNESCO-a i FAO-a. U toj grupi se nalaze radovi koji se bave višefaznom optimizacijom kompleksnih vodoprivrednih sistema, upravljanjem složenim sistemima u realnom vremenu (primenjeno za HE Đerdap I i II), modeliranjem bilansa voda na globalnom planu. Posebnu grupu čine radovi iz oblasti zaštite životne sredine i zaštite voda, čime se akademik Miloradov bavi, naročito u novije vreme. Iz te oblasti objavio je više radova, od kojih se mogu izdvojiti: Water Resources Assessment as a Basic Tool for Sustainable and Environmentally Sound River Basin Management, International Specialized Conference River Basin Management for Sustainable Development, South Africa, 1995; Integrated Cadastre (Inventory System) for Pollution Sources in the Danube Basin in Yugoslavia, International Specialized Conference River Basin Management for Sustainable Development, South Africa, 1995; Vision and Strategies for Environmental Management in Eastern and Central Europe Transboundari Problems Require International Cooperation, PSU-UNS International Conference, Energy and the Environment, Hat Yai, Thailand, Iz te oblasti je i monografija Metodologija za izradu integralnog katastra zagadivača životne sredine (1995). U monografiji je obraden teorijski pristup, a zatim je razradeno praktično uputstvo za obradu integralnog katastra zagađivača životne sredine kao osnove za optimalno upravljanje zaštitom životne sredine. Četvrtu grupu čine radovi iz informacionih sistema u oblasti voda, nastali u poslednjih dvadesetak godina. U ovu grupu spadaju radovi o konceptu razvoja Vodoprivrednog informacionog sistema Vojvodine, o razvoju GIS tehnologija, radovi o informacionim sistemima koji će služiti kao podrška u zaštiti životne sredine. Posebno se ističu radovi na izradi GIS informacionog sistema za upravljanje projektima vodosnabdevanja i sanitarne zaštite u Južnoafričkoj Republici, kao specijalni savetnik u Ministarstvu vodoprivrede i šumarstva. U Južnoafričkoj Republici je ralizovao Master System Plan for GIS Based for Infomation System, zatim Conceptual GIS Short Term Integration Model (ST-CGISIM), For Community Water Supply And Sanitation, Guidelines for the Development of Metadata DB to support Community Water Supply and Sanitation Directorate. Akademik M. Miloradov veoma uspešno implementira naučna istraživanja u rešavanje stručnih problema u vodoprivrednoj praksi. Stručno delovanje profesora Miloradova ogleda se u gotovo svim značajnim vodoprivrednim poduhvatima u Srbiji i u SFRJ, kao i u oblasti zaštite životne sredine, zaštite voda i razvoja informacionih sistema u ovim oblastima. Učestvovao je u planiranju hidrosistema Dunav-Tisa-Dunav, HEPS Derdap, uredenja vodnih tokova Dunava, Save, Tise, Morave, u rešavanju brojnih pro- IX

11 blema vodosnabdevanja i energetike kroz kompleksno uređenje rečnih slivova, zatim pri izradi metodologije za obradu integralnog katastra zagadivača životne sredine ili izrade Idejnog projekta informacionog sistema vodoprivrede Vojvodine, kao i Matematičkog modela optimalnog upravljanja sistemom HE Đerdap I i II. Sarađivao je ili rukovodio sa preko 180 studija, projekata i istraživačkih radova. Veoma je značajno angažovanje dr M. Miloradova u radu brojnih nacionalnih i međunarodnih stručnih organizacija. Navešćemo članstvo samo u nekim najvažnijim organizacijama: Committee on Stochastic Methods in Hydraulics, International Association of Hydraulic Research (IAHR); Section on Fluvial Hydraulics IAHR; Section on Water Management Practice IAHR, Hungarian Society for Hydrology. Bio je član Glavne redakcije Enciklopedije Vojvodine kao kourednik za oblast tehničkih i tehnoloških nauka. Bio je Predsednik Jugoslovenskog društva za zaštitu voda, predsednik predsedništva Saveza građevinskih inženjera i tehničara Jugoslavije, predsednik Jugoslovenske komisije za standardizaciju u oblasti geografskih informacionih sistema Geomatics Saveznog zavoda za standardizaciju, predsednik Jugoslovenskog nacionalnog komiteta za Međunarodni hidrološki program (MHP) UNESCO-a, potpredsednik Odbora za nauku Komisije za UNESCO pri Ministarstvu spoljnih poslova Srbije i Crne Gore. Aktivnim angažovanjem u radu svih tih tela dr M. Miloradov je značajno uticao na unapredenje njihovog rada i na razvoj čitavog sektora voda. Učestvovao je, takode, kao delegat SFRJ u radu Komiteta za vode EEK UN, bio je član delegacije SFRJ u Komitetu za prirodne resurse UN u Njujorku, kao i delegat državne delegacije SFRJ na Konferenciji UN o vodama u Mar del Plati. Bio je i delegat naše zemlje u Radnoj grupi za upravljanje vodama Komiteta za životnu sredinu OECD-a u Parizu, član državne delegacije SRJ na Generalnoj konferenciji UNESCO-a godine. Bio je predsednik Jugoslovenskog nacionalnog komiteta za međunarodni hidrološki program, koji se realizuje u sklopu saradnje sa UNESCOom, kao i potpredsednik Odbora za nauku Komisije za UNESCO, od godine je koordinator saradnje Nacionalnih komiteta podunavskih zemalja za Međunarodni hidrološki program UNESCO-a. U poslednjih deset godina rada posebno se bavi projektovanjem sanacije, remedijacije i zatvaranja smetlišta-nesanitarnih deponija u Srbiji, a takode i projektovanjem sistema savremenog upravljanja otpadom i sanitarnih deponija. Realizovao je, sa saradnicima, pet glavnih projekata regionalnih centara za upravljanje komunalnim čvrstim otpadom od kojih su dva izvedena, a treći je u fazi izvođenja. Posebno je bila zapažena pristupna beseda akademika Miloradova za redovnog člana Vojvođanske Akademije Nauka i Umetnosti, pod naslovom Integralno, optimalno i održivo upravljanje otpadom urbani metabolizam. Sveukupna naučna, stručna i pedagoška aktivnost akademika Milorada Miloradova, potvrđuje jednu briljantnu karijeru eksperta i pregaoca u oblasti voda, koji je svojim radom ostavio neizbrisiv trag u vodoprivredi zemlje i šire. Od svog diplomskog rada (1958.), kojim je rešavao jedan od konkretnih problema voda Vojvodine (Rešenje kanala X

12 DTD u južnom Banatu i regulacija reke Karaš) pa do današnjih dana, kada rukovodi velikim naučnim projektom iz oblasti voda Srbije, dr Milorad Miloradov je tokom više od pet decenija veoma plodnog rada ostvario izvanredan stvaralački opus koji ga svrstava u sam vrh poslenika u oblasti upravljanja vodama Srbije i mnogih zemalja Evrope i sveta. Aktivno je radio do poslednjeg daha života, sarađivao i diskutovao sa partnerima i poslovnim saradnicima. Poslednje nedelje je učestvovao na prestižnoj Konferenciji iz oblasti zaštite životne sredine u Slovačkoj. Poslednjeg dana života godine je obilazio kanale za navodnjavanje u naselju Jaša Tomić, a potom nas iznenadno napustio, na svečanosti povodom 55. godišnjice od osnivanja Univerziteta u Novom Sadu. U svim životnim i radnim aktivnostima akademik Miloradov imao je iskrenu podršku, ali i podsticaj u porodici, posebno od supruge profesorke Mirjane Vojinović Miloradov. Njih dvoje su bili visoko harmonizovan i savršen par, koji su obostrano jedno drugom pružali podršku, podsticaj, ljubav i sigurnost za zajedniče naučno-istraživačke i porodične aktivnosti. Zajednički su dizajnirali koncepte za nove Projekte, učestvovali na nacionalnim i internacionalnim konferencijama, sarađivali i savetovali mlade saradnike i radovali se novim doktorima nauka, koji su unapređivali naučnu misao i davali poseban doprinos u struci i nauci, na ponos našem univerzitetu, Vojvodini i Srbiji. Činili su ga srećnim, druženja i susreti sa ćerkom Emilijom, unucima Alešom, Markom i Lukom u Sloveniju, kao i Snežanom i Radoslavom u domu u Novom Sadu. Ova monografija plod je jednog dela njegovog rada poslednjih godinu dana. Osmislio ju je, povezao autore pojedinih poglavlja, rukovodio njenom izradom, trebao je da je predstavi javnosti. Iznenadna smrt ga je u tome omela. Akademik Milorad Miloradov bio je ponašanjem i izgledom, nastupom u stručnim raspravama, gospodin za ugled mnogima u našem današnjem društvu. Bio je posebno smiren i odmeren, ali vrlo agilan i dinamičan, pun vitalnosti i stvaralačkog aktivizma. Znao je da donese uvek prave, pravovremene i najbolje odluke. Imponovao je i svojim saradnicima i porodici. Mnogi od nas su ponosni što smo ga poznavali i sa njime sarađivali. Što smo možda malo doprineli njegovim uspesima i uspesima njegove struke, a za uzvrat on nas je podržavo, upućivao i učio. Bio je veoma ugledan i uvažen građanin Novog Sada i Beograda, a poštovan i u mnogim institucijama u zemlji i u inostranstvu. Odlaskom akademika Milorada Miloradova izgubili smo čoveka koji je ostavio dubok trag u razvoju upravljanja vodama, koji spada u najužu grupu onih koji su svojim radom i rezultatima obeležili jednu epohu u ovoj oblasti kao i u društvu. Ostvario je pun i pošten život. Zbog svega što je uradio za svoju sredinu i struku, ostaće trajno upamćen. XI

13 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija PREDGOVOR Monografiju čine rezultati rada saradnika Akademije na izradi projekta Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini. Projekat je finansirao Pokrajinski sekretarijat za nauku i tehnološki razvoj u godini prema niže navedenom programu. 1. PROGRAM ISTRAŽIVANJA Naziv projekta: Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini (rukovodilac projekta: akademik Milorad Miloradov). Teme istraživanja: Tema 1. Istraživanje ključnih matematičkih problema u teoriji odlučivanja vezanih za donošenje odluka u neodređenim kompleksnim sistemima (rukovodilac teme: akademik Endre Pap). Istraživani su ključni (matematički) problemi u teoriji odlučivanja vezani za donošenje odluka u neodređenim kompleksnim sistemima (inžinjerstvo, ekologija, ekonomija, društvo, politika, medicina), što ovu teoriju povezuje sa teorijom veštačke inteligencije. Za problem odlučivanja vezane su i procene raznih rizika kod posmatranih sistema. Osim klasičnih operatora agregacije i korišćenja aparature teorije verovatnoće, za kompleksnije probleme se koriste teorija neaditivnih mera i odgovarajućih integrala, te teorija fazi sistema. Naime, vrlo često je teško primeniti teoriju verovatnoće, jer se neki događaji javljaju samo jednom, pa nema statističkih podataka (otkaz u nuklearnim centralama, odlaganje toksičnih i nuklearnih otpada itd.), te u ovakvim neodređenim situacijama dolazi do primena savremenih matematičkih metoda. U okviru ovih složenih sistema pojavljuju se još i problemi nelinearnosti i optimizacije. Operacije (funkcije) agregacije (eng. aggregation functions), funkcije objedinjavanja, igraju važnu ulogu u različitim oblastima (inžinjerstvo, ekonomija, medicina, informatika itd.), a pre svega u raznim pristupima problemu odlučivanja (eng. decision making). Najpoznatija i najčešće upotrebljavana funkcija agregacije je aritmetička sredina, koja vrlo često daje samo grubu, a ponekad i pogrešnu sliku o posmatranom problemu. Sa druge strane, vrlo je ši- XII

14 rok krug raznih funkcija agregacija (npr. trougaone norme, kopule, razne sredine itd.), koje mogu mnogo preciznije modelirati posmatrane pojave, te doprineti donošenju adekvatnih odluka. Tako se uvek operacija kopule pojavljuje u povezivanju marginalnih verovatnoća u višedimenzionalnu verovatnoću. U mnogim sistemima (pre svega inteligentnim) agregacija ulaznih podataka igra najvažniju ulogu. Operacije agregacije čine fundamentalni deo višekriterijumskog odlučivanja, inžinjerskog dizajna, ekspertskih sistema, prepoznavanju oblika, neuralnih mreža, fazi kontrolera itd. Izbor odgovarajuće funkcije agregacije zavisi od konkretne primene, te predstavlja rezultat timskog rada raznih stručnjaka. Tema 2. Istraživanje mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom (rukovodioci teme: akademik Milorad Miloradov i prof. Serafim Opricović). Sagledavaju se postojeći postupci odlučivanja i mogućnosti usavršavanja istih. Utvrđuju se razlozi i mogućnosti primene nove metodologije odlučivanja. Adekvatnim upravljanjem otpadom postiže se minimizacija zagađivanja životne sredine i deponovanja otpada uz dobijanja sekundarnih sirovina i energije. Zbog postojanja više mogućih efekata upravljanjem treba postići najbolje rešenje za sledeće ciljeve: a) zaštititi životnu sredinu, b) poboljšati efikasnost funkcionisanja sistema i c) ostvariti dobre finansijske efekte. Svaki Plan o upravljanju otpadom treba da ima valjana rešenja za organizaciju sistema upravljanja otpadom, kao i za tehnologije tretmana prikupljenog otpada. Za svaki zadatak postoji određeni skup mogućih rešenja i potrebno je izabrati najpovoljnije rešenje. Primeri višekriterijumskih zadataka su: organizacija centra za upravljanje otpadom, podsticanje odvojenog sakupljanja otpada, izbor sistema za tretman prikupljenog otpada, lokacije za postrojenja i za deponije, sanacija divljih deponija. Za rešavanje ovakvih zadataka prikazuje se mogućnost primene višekriterijumske optimizacije kao pomoć u donošenju odluka. Predlaže se metoda za određivanje kompromisnog rešenja prema datim konfliktim ciljevima-kriterijumima. Tema 3. Proizvodnja i korišćenje biometana u Vojvodini, potencijali i značaj (rukovodilac teme: akademik Miloš Tešić). Biometan je naziv za gas koji se dobija prečišćavanjem i odstranjivanjem ugljen-dioksida iz bio-gasa. Sadrži preko 95% metana, a po sastavu odgovara prirodnom gasu. To znači da može da se koristi u motorima sa unutrašnim sagorevanjem koji su podešeni za rad sa prirodnim gasom, CNG (Compressed Natural Gas). Pri korišćenju prirodnog gasa, odnosno biometana, količine zagađujućih materija značajno se smanjuju, a posebno količina azotnih oksida. Stoga je primena ovog goriva posebno poželjna u naseljenim mestima. U Srbiji se ovakvi motori koriste za vozila gradskog saobraćaja u Novom Sadu i Beogradu. Nedostatak je mali skladišni prostor, biometan je u rezervoarima na 230 bara u gasovitom stanju, te je mali radijus kretanja. Biometan može da se injektira u mrežu prirodnog gasa, te se na taj način skladišti. Prema međunarodnim konvencijama, ukoliko bi se u gasnim motorima koristilo više prirodnog gasa od količine biometana koji je u mrežu injektiran, celokupna količina bi bila priznata kao obnovljivi izvor energije. XIII

15 Ukoliko bi se kao supstrati koristili stajnjak, žetveni ostaci i drugi otpad, tada bi biometan mogao da se ubroji u drugu generaciju bio-goriva (non food, non feed), što je posebna kategorija prema definiciji EU. Cilj istraživanja bio bi da se procene potencijali za proizvodnju biometana u Vojvodini i daju podloge za utvrđivanje ekonomskih pokazatelja proizvodnje i primene. Tema 4. Ekološki aspekti primene biomase u proizvodnji energije zelena energija i plodnost zemljišta (rukovodilac teme: akademik Rudolf Kastori). Iznalaženje, razvoj i korišćenje alternativnih, obnovljivih i održivih izvora energije postalo je u globalnim razmerama najveći izazov na početku XXI veka. Među obnovljivim izvorima energije biomasa zauzima važno mesto. Biomasa može da se koristi za proizvodnju toplotne i električne energije putem sagorevanja, za proizvodnju tečnih goriva bio-dizela i bio-etanola, za proizvodnju gasnog goriva bio-gasa, kao i za proizvodnju čvrstih goriva (briketa i peleta). Cilj ovih istraživanja je da se ukaže na osnovne karakteristike korišćenja biomase za dobijanje energije putem sagorevanja, sa posebnim naglaskom na ekološke aspekte i moguće posledice na plodnost zemljišta. Na osnovu postojećih i sopstvenih rezultata istraživanja ukazuje se na moguća rešenja sa stanovišta racionalnog, ekološki prihvatljivog korišćenja biomase za dobijanje toplotne i električne energije putem sagorevanja. Tema 5. Razvoj modela rangiranja zdravstvenih ustanova na teritoriji AP Vojvodine (rukovodilac teme: akademik Branimir Gudurić). Evropski trendovi u oblasti zdravstvene zaštite, ubrzani tempo tehnološkog razvoja i brojni drugi ekonomski i neekonomski faktori, ali i domaće tendencije u oblasti zdravstvene zaštite nameću potrebu uspostavljanja efikasnih instrumenata praćenja, kontrole, upravljanja i uspostavljanja zadovoljavajućeg nivoa efikasnosti, efektivnosti i transparentnosti u radu zdravstvenih ustanova svih nivoa zdravstvene zaštite. Uvažavajući relevantne evropske strategije, ali i ciljeve nacionalne Strategije za stalno unapređenje kvaliteta zdravstvene zaštite i bezbednosti pacijenata, nameće se potreba razvoja modela rangiranja zdravstvenih ustanova svih nivoa zdravstvene zaštite. Ovako definisan cilj (razvoj modela) podrazumeva definisanje indikatora, njihovo testiranje i komponovanje modela, a zatim i testiranje modela, kao i izračunavanje parametara (na osnovu navedenog modela) od značaja za rangiranje. Definisanje indikatora predstavlja kritičnu tačku procesa (imajući u vidu specifičnost grane, tj. karakteristika sistema zdravstvene zaštite Republike Srbije (AP Vojvodine), ali i složenost samih procesa na relaciji pacijent (potencijalni pacijent) zdravstvena ustanova), pa se u skladu sa tim može smatrati opravdanim da se definisanju i testiranju indikatora, kao i razvoju modela pristupi fazno, a u zavisnosti od nivoa zdravstvene zaštite koji se pruža u ustanovama koje su predmet rangiranja. Predloženi program razvoja modela u ovoj fazi odnosi se na primarni nivo zdravstvene zaštite, pri čemu je predmetno istraživanje potrebno sprovesti u domovima zdravlja na teritoriji AP Vojvodine. Kvantitativna dimenzija, kao osnova za rangiranje, XIV

16 podrazumeva sprovođenje istraživanja sa ciljem prikupljanja podataka anketiranjem, kao i upotrebu sekundarnih podataka od značaja za razvoj modela rangiranja. Najznačajniji izvori sekundarnih podataka odnose se na analizu programa akreditacije, pri čemu uslovi iz akreditacije mogu da predstavljaju i značajnu osnovu za koncipiranje upitnika, a pre svega u segmentu kadrova i opreme. Tema 6. Kompleksi metala sa S-alkilizotiosemikarbazidima (rukovodilac teme: akademik Vukadin Leovac). U okviru ove teme biće prikazani originalni rezultati autora, kao i rezultati drugih autora vezani za proučavanja kompleksa metala sa S-alkilizotiosemikarbazidima za koje se, sve do pojave radova Leovca i saradnika, tj. više od 40 godina, smatralo da ne mogu da daju komplekse sa metalima. Razmatra se i analizira sintetski aspekt, zatim magnetne i spektralne karakteristike, kao i strukture jedinjenja određenih rendgenostrukturnom analizom. Tema 7. Proučavanje i razvoj metoda proračuna vibracionih karakteristika sistema konstrukcija koje se projektuju (rukovodilac teme: dopisna članica Akademije Livija Cvetićanin). Tehničko-tehnološki sistemi kod kojih je ključni radni element rotor (vratilo-disk sistem) izloženi su dejstvu vibracija koje se generišu u toku rada. Pri formiranju modela uzeće se u obzir nelinearnosti koje mogu biti geometrijskog tipa ili fizičkog porekla. Na taj način će se dati ne samo tačniji kvalitativni opis sistema već i fenomena koji se javljaju, kao i mogućnost za što precizniju kvantifikaciju. U okviru ovog projekta razvijale su se metode za određivanje i proračun vibracionih karakteristika sistema, pre svega amplitudno-frekventnih. Tačnost metode se proveravala na već izvedenim sistemima poređenjem sračunatih vrednosti sa izmerenim podacima. Nakon toga, metod je primenjen i na konstrukcije koje se tek projektuju kako bi se rizik od pojave štetnih vibracija sveo na najmanju moguću meru. Tema 8. Metode odlučivanja u slučajevima povećanog radijacionog rizika (rukovodilac teme: dopisni član Akademije Ištvan Bikit) Radijacioni rizik je verovatnoća narušavanja ljudskog zdravlja usled dejstva jonizujućeg zračenja. Povećanje radijacionog rizika se javlja ili usled spoljašnjeg ozračavanja ili usled konzumiranja hrane zagađene radioaktivnim materijama i udisanja kontaminiranog vazduha. Kod malih doza zračenja štetan efekat ima stohastički karakter, efekat se odražava na celoj zahvaćenoj populaciji, a ne direktno na pojedince. Zbog toga odlučivanje o restriktivnim administrativnim merama (ograničenje kretanja, zabrana prometa roba i sl.) mora biti izuzetno dobro odmereno i analizirano, uzimajući u obzir kako zdravstvene tako i finansijske aspekte. XV

17 2. OSNOVNI CILJEVI ISTRAŽIVANJA U okviru projekta analizirane su alternativne metode odlučivanja, primenljive za različite situacije koje se javljaju u praksi. Istraživanja obuhvataju širok dijapazon proučavanja i istraživanja počev od ključnih (matematičkih) problema u teoriji odlučivanja vezanih za donošenje odluka u neodređenim kompleksnim sistemima (inžinjerstvo, ekologija, ekonomija, društvo, politika, medicina), što ovu teoriju povezuje sa teorijom veštačke inteligencije do razvoja praktičnih modela i metoda analize i proračuna kod složenih tehničko-tehnoloških i društvenih sistema. Za problem odlučivanja vezane su i procene raznih rizika kod posmatranih sistema. Osim klasičnih operatora agregacije i korišćenja aparature teorije verovatnoće, za kompleksnije probleme će se koristiti teorija neaditivnih mera i odgovarajućih integrala, te teorija fazi sistema i metoda višekriterijumske optimizacije. U praksi, kod planiranja i projektovanja složenih privrednih sistema tehničko-tehnološkog razvoja, zaštite životne sredine, medicine, ekonomije i politike, vrlo često se srećemo sa problemom donošenja optimalno najbolje odluke. Poslednjih pedeset godina savremena nauka (teorija i praksa) uočila je ovaj problem i razvila više kako teorijskih tako i praktičnih metoda koji omogućavaju da donosioci odluka dobiju podršku u svojim aktivnostima pri donošenju značajnih odluka, što je osnovni razlog za predlog realizacije ovog projekta. Istraživanja imaju veliki značaj i sa stanovišta teorijskih proučavanja vezanih za donošenje odluka u neodređenim kompleksnim sistemima (inžinjerstvo, ekonomija, zaštita životne sredine, društvo, politika, medicina), tako isto i sa stanovišta razvoja i primene praktičih metoda proračuna u podršci odlučivanju vezanih za složene praktične probleme kod privrednih i društvenih sistema u Vojvodini. Rezultati istraživanja u okviru teme br. 1 dali su dobru osnovu za proučavanje i razvoj metoda i analiza (softvera) za primenu u procesu odlučivanja za iznalaženje najboljih rešenja. U cilju generalizacije teorije odlučivanja, a samim tim i teorije korisnosti (utiliteta), prema napred navedenom programu ovog projekta, odabrano je sedam složenih zadataka (Tema) iz različitih oblasti privređivanja i društvenog života, sa ciljem da se na njima praktično prikažu mogućnosti primene savremenog, na teoriji zasnovanog, modela odlučivanja, odnosno pomoć donosiocima odluka da, na bazi adekvatnih proučavanja i proračuna mogu, doneti pravilne najbolje odluke. U tri obrađene teme (teme 2, 3 i 8) obrađivači su imali na raspolaganju dovoljno prikupljnih podataka iz ranijih proučavanja tako da su mogli primeniti neki od razvijenih softverskih paketa za podršku odlučivanju (VIKOR, PROEETE, Fuzzy sets). Pored toga, u okviru teme 2 obrađen je i primer opšteg modela koji može biti primenjen i na druge slučajeve proučavanja problema odlučivanja za koji se obezbede potrebni podaci. Kod sledeće tri obrađene teme (teme 4, 5 i 7) obrađivači, nažalost nisu imali dovoljno adekvatnih podataka da bi mogli formulisati sistem alternativa i indikatora za njihovu ocenu u cilju definisanja kriterijumskih funkcija u cilju realizacije potrebnih proračuna i analiza koji bi omogućili podršku u donošenju konačnih odluka o najpovoljnijem rešenju. Za realizaciju navedenih proračuna i analiza neophodno je obaviti potrebna istraživanja koja bi omogućila realizaciju razvijenog modela (softvera) u okviru teme 2. XVI

18 3. OSNOVNI REZULTATI (SAŽETAK) ISTRAŽIVANJA Tema 1. Istraživanje ključnih matematičkih problema u teoriji odlučivanja vezanih za donošenje odluka u neodređenim kompleksnim sistemima Prilikom donošenja odluke često se susrećemo sa raznim vrstama neodređenosti: nepoznavanje pojava, nepreciznost merenja, neodređenost jezika, subjektivne procene. Ove neodređenosti modeliraju se matematički pomoću teorije verovatnoće i statistike, kao i novijim matematičkim metodama teorije fazi skupova i fazi logike, te neaditivnim merama i integralima. Izloženi su neki elementi normativne teorije odlučivanja. U radu je dat kratak pregled matematičkih metoda u teoriji odlučivanja vezanih za donošenje odluka u neodređenim kompleksnim sistemima sa ukazivanjem na literaturu u kojoj se detaljnije razrađuju navedene metode. Kao važan aparat teorije odlučivanja daju se elementi opšte teorije funkcija agregacija (objedinjavanja), koje se odnose na kombiniranje i spajanje nekoliko (najčešće numeričkih) vrednosti u jedan izlaz. Funkcije (operatori) agregacije igraju važnu ulogu u raznim pristupima teoriji odlučivanja, pa tako čine osnovu višekriterijumskog odlučivanja, inženjerskog dizajna, prepoznavanja oblika, neuralnih mreža, fazi kontrolera. Izbor operatora agregacije direktno zavisi od konkretne primene. Tako, na primer, u višekriterijumskom odlučivanju cilj je da se dobije globalna procena na osnovu parcijalnih ocena u odnosu na razne kriterijume. U tom slučaju koriste se interni operatori agregacije sa vrednostima operatora između maksimuma i minimuma argumenata, koji se često zovu i kompenzatorni operatori, jer se kod njih slab (odnosno dobar) rezultat jednog kriterijuma može kompenzirati dobrim (odnosno lošim) rezultatom drugog kriterijuma. Kao jedan od primera korišćenja funkcija agregacije navodi se metoda VIKOR u kojoj se pojavljuju funkcije agregacije: aritmetička sredina sa težinama v i (1-v) u formuli Q = v QS + (1 v) QR, te maksimum sa težinama w 1,..., w n u formuli R = max i (w i d i ) (videti temu 2, poglavlja 4.2 i 4.3). U cilju uopštavanja teorije odlučivanja bazirane na teoriji verovatnoće, a samim tim i teorije korisnosti (utility), bilo je neophodno izaći iz verovatnosnog okvira, korišćenjem specijalnih neaditivnih mera. Cilj rada bio je utvrditi odgovarajuću aksiomatiku koja se zasniva na hibridnoj verovatnosno-mogućnosnoj meri, za koju je pokazano da predstavlja granicu opštosti, iznad koje se gube prirodne osobine korisnosti. U primeni su važni integrali bazirani na neaditivnim merama, kao vrlo opšti operatori agregacije, kojima se mogu modelirati i pojave u kojima događaji ne moraju biti nezavisni, što je osnovna pretpostavka u modeliranju sa verovatnoćom. Rezultati istraživanja u okviru ove teme daju dobru i široku osnovu za proučavanje i razvoj metoda i analize prilikom odlučivanja u raznim važnim oblastima. Tema 2. Istraživanje mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom Tehnološki razvoj u oblasti upravljanja otpadom se može postići inovacijama i boljim tehnologijama za: izgradnju deponija, tretman opasnog otpada, monitoring kvaliteta životne sredine, korišćenje materijala sa niskim štetnim uticajem na životnu sredinu, dobijanje sekundarnih sirovina, korišćenje otpada u energetske svrhe, plasman reciklabilnih proizvo- XVII

19 da, izrada planova o upravljanju otpadom i stimulisanje javnosti da zaštiti životnu sredinu. Navedeni su značajniji zadaci odlučivanja u oblasti upravljanja otpadom i to: Organizacija regionalnog sistema za upravljanje otpadom, Izrada Plana o upravljanju otpadom, Izbor sistema za tretman prikupljenog otpada (primer u Glavi 5), Određivanje lokacija za transferstanice, Izbor lokacije za regionalnu deponiju (metodologija u Glavi 6). Određivanje valjanog-najpovoljnijeg rešenja treba sprovoditi na osnovu zadovoljenja ciljeva o zaštititi životne sredine, poboljšanja efikasnosti funkcionisanja sistema, uz povećanje dobiti i smanjivanje novčanih izdataka. Obično su ovakvi ciljevi konfliktni, pa se zato zadaci rešavaju višekriterijumskom optimizacijom primenom metode VIKOR (metodologija u Glavi 4). Istražene su mogućnosti primene metode VIKOR za višekriterijumsku optimizaciju na upravljanje komunalnim otpadom. Mogućnosti primene su uslovljene karakteristikama metode VIKOR. VIKOR je dobro fundirana teorijski, delom u teoriji agregacije (operatori proučavani u Temi 1) i praktično je operativna za rešavanja određenih problema (matematičke osnove su lako razumljive). Metoda VIKOR zahteva da su dopustive alternative vrednovane prema svim uspostavljenim kriterijumima (matrica-tabela performansi). Rešenje VIKOR-om je kompromis između konfliktih ciljeva (zaštitita životne sredine, efikasnost sistema, ekonomski efekti, socijalni aspekti). Rešivi su zadaci sa konfliktnim kriterijumima i nesabirljivim kriterijumskim funkcijama (različite jedinice mere). Rešenje VIKOR-om maksimizira grupni utilitet (korisnost) i minimizira individualno nezadovoljenje oponenta, što pruža dobre izglede da rešenje bude prihvatljivo od donosilaca odluke i realizovano. Preferencija donosioca odluke je izražena težinama, datim ili simuliranim. Potrebno je da donosilac odluke potvrdi konačno rešenje. Primenljivost višekriterijumske optimizacije je potvrđena rešavanjem zadatka izbora sistema za tretman komunalnog otpada i formulisanjem modela za izbor lokacije za regionalnu deponiju na području Novog Sada. Na značaj ove teme ukazuje i poziv EU Call HORIZON 2020, WASTE : Promoting eco-innovative waste management and prevention as part of sustainable urban development i to: a) Eco-innovative solutions, b) Eco-innovative strategies. Tema 3. Proizvodnja i korišćenje biometana u Vojvodini, potencijali i značaj Istraživači su predložili novi naslov teme Metoda za odlučivanje o poboljšanju efikasnosti generisanja energije iz obnovljivih izvora: primena za bio-gas postrojenja zbog postignutih rezultata. Pregledom rezultata prethodnih istraživanja zaključeno je da postoje potreba i različite mogućnosti za poboljšanje efikasnosti rada bio-gas postrojenja. Pouzdani metodski pristup nije do sada razvijen. Cilj istraživanja je bio da se razvije metoda za ocenu i poboljšanje efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja. Bio-gas je vrsta obnovljivog izvora energije koja može da se dobije anaerobnom enzimskom reakcijom organske materije. Sadržaj metana u bio-gasu je 45-70%, što ga čini odgovarajućim energentom za različite namene. U Evropskoj uniji je bio-gas do sada najčešće korišćen za kombinovano generisanje električne i toplotne energije. Druge tehnologije za korišćenje bio-gasa, kao što je prečišćavanje bio-gasa i dobijanje biometana koji se utiskuje u mrežu prirodnog gasa, nisu značajnije zastupljene. Većina postojećih bio-gas postrojenja instalirana je na poljoprivrednim gazdinstvima. XVIII

20 Predmet istraživanja je efikasnost poljoprivrednih bio-gas postrojenja, koja koriste stajnjak, ostatke iz poljoprivrede i primarne prerade hrane ili energetsko bilje kao sirovine, tj. supstrate za proizvodnju bio-gasa. Pri tome, razmotrena su samo postrojenja kod kojih se bio-gas koristi za kombinovanu proizvodnju električne i toplotne energije, primenom motora s unutrašnjim sagorevanjem spregnutih s električnim generatorima, budući da se ova tehnologija najviše koristi. Efikasnost bio-gas postrojenja definiše se korišćenjem raznih pokazatelja, pri čemu je i neophodno razmatranje sa različitih aspekata. Efikasan pogon poljoprivrednih biogas postrojenja je ključan za ostvarenje pozitivnih ekonomskih pokazatelja, kao i za ostvarenje doprinosa smanjenju uticaja na životnu sredinu. Izabrana su četiri pokazatelja (prinos bio-gasa, produktivnost metana i dr.) za ocenu efikasnosti i osam pokazatelja (stepen iskorišćenja kogenerativnog postrojenja, stepen iskorišćenja energije metana, električna efikasnost kogenerativnog postrojenja i dr.) za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti tehničkog aspekta rada bio-gas postrojenja. Primenom fazi logike i ekspertskih sistema, omogućeno je da se neodređenost sadržana u podacima za ocenu, kao i ekspertsko znanje iz oblasti bio-gas tehnologije, modeluju. Rezultat je ocena efikasnosti bio-gas postrojenja i mere za poboljšanje efikasnosti. Razvijena metoda je testirana korišćenjem podataka o radu pet poljoprivrednih bio-gas postrojenja iz Bavarske, koja proizvedeni bio-gas koriste u kogeneraciji. Metoda je predložena za ocenjivanje i poboljšanje efikasnosti tehničkog aspekta rada poljoprivrednih bio-gas postrojenja. Neophodno je kontinualno prilagođavanje i unapređenje metode u skladu sa unapređenjem stanja bio-gas tehnologije. Za buduća istraživanja i dalji razvoj, potrebno je da se metoda prilagodi za ocenu efikasnosti drugih tipova bio-gas postrojenja i proširi primena za ocenu socio-ekonomskog i aspekta uticaja na životnu sredinu. Tema 4. Ekološki aspekti primene biomase u proizvodnji energije zelena energija i plodnost zemljišta Razmatra se biomasa ratarstva, voćarstva i vinogradarstva, pre svega čvrsti ostaci poljoprivredne proizvodnje, kao i nusproizvodi prehrambene industrije, energetske biljke i dr. Cilj je da se biomasa za energetske svrhe koristi na održiv način, te su analizirani pojedini uticaji na to. Naglašen je značaj očuvanja plodnosti zemljišta, konkurencije u proizvodnji hrane, ostvarenja ekonomske i socijalne održivosti, kao i unapređenje kvaliteta korišćenih termo-energetskih postrojenja. Proizvodnja energetskog bilja predstavlja značajan potencijal u budućnosti. Pri tome bi se, pre svega, koristila zemljišta na kojima se ne proizvodi hrana. Postoje različiti tehničko-tehnološki postupci za korišćenje biomase u proizvodnji energije: sagorevanje, proizvodnja bio-gasa, bio-dizela i bio-etanola, ugljenisanje biomase (proizvodnja bio-uglja i bio-ulja), gajenje brzorastućih energetskih biljaka, konzervacijska obrada zemljišta i dr. Proizvodnja energije iz biomase putem bio-gasa je ekološki mnogo prihvatljivija. Ostatak biomase nakon upotrebe za proizvodnju bio-gasa je po svom hemijskom sastavu sličan stajnjaku. Imajući u vidu da biomasa ima značajnu ulogu u kruženju materija u agroekosistemu i šire, u cilju očuvanja plodnosti zemljišta važno je voditi računa o načinu njenog korišćenja. XIX

21 Sistematsko i dugoročno odnošenje žetvenih ostataka sa njiva i njihovo sagorevanje u cilju proizvodnje energije (pri čemu se najveći deo hranljivih materija gubi) ima nepovoljne posledice na plodnost zemljišta. Poljoprivreda može da bude ne samo proizvođač hrane već i goriva, pod uslovom da se biomasa, toliko značajna u kruženju materija agroekosistema, koristi na način koji omogućava održivost i očuvanje plodnosti zemljišta. Ukazano je na značaj razvoja standardnih kriterijuma za ocenu održivosti primene biomase za energetske svrhe. Na održivu proizvodnju i energetsko korišćenje poljoprivredne, pa i druge biomase (npr. šumske, otpadaka iz prehrambene industrije, komunalnog organskog otpada i dr.), ima više pozitivnih i negativnih uticaja, s obzirom na to da je njen uticaj na životnu sredinu, ekonomiju, razvoj ruralnog područja, uposlenost radne snage, razvoj industrije za preradu biomase, socijalno-društvene aspekte veliki. Indikatori i kriterijumi bi mogli biti: uticaj na životnu sredinu, ekološke posledice sagorevanja žetvenih ostataka, žetveni ostaci i plodnost zemljišta, cena biomase i sigurnost snabdevanja, proizvedena energija. Poređenje ekonomičnosti i uticaja na plodnost zemljišta pojedinih načina korišćenja biomase u energetske svrhe je složen zadatak, pošto na to utiču brojni činioci. Za rešavanje ovog problema neophodan je multidisciplinaran pristup i korišćenje višekriterijumske optimizacije, da bi se pronašlo najpovoljnije rešenje za date agroekološke uslove. Rad ukazuje na metodološke elemente (alternative i kriterijume) za razvoj postupka za višekriterijumsko odlučivanje o tehnologijama. Na značaj ove teme ukazuje i poziv EU Call HORIZON 2020 WASTE : Ensuring sustainable use of agricultural waste, co-products and by-products. Tema 5. Razvoj modela rangiranja zdravstvenih ustanova na teritoriji AP Vojvodine Cilj istraživanja je da se na osnovu dostupnih parametara Instituta za javno zdravlje Vojvodine i zavoda za javno zdravlje sa teritorije AP Vojvodine, izvši analiza parametara za praćenje kvaliteta rada i stvori osnova za razvoj modela za rangiranje zdravstvenih ustanova primarnog nivoa zdravstvene zaštite na teritoriji AP Vojvodine. Istraživači su odlučili da sagledaju položaj ustanova primarnog nivoa na teritoriji AP Vojvodine, kroz dostupne pokazatelje kvaliteta rada koji se prate kroz Pravilnik o pokazateljima kvaliteta zdravstvene zaštite u Republici Srbiji, imajući u vidu da se na ovom nivou zdravstvene zaštite rešava preko 75% zdravstvenih potreba korisnika. Analizirani su izveštaji iz svih 45 domova zdravlja Vojvodine, datih prema republičkim parametrima kvaliteta rada i posebno analizirano stanje za tri grupe parametara (odraslo stanovništvo, decu i zaštitu žena) koje su prisutne u svim ustanovama Sremskog okruga. Pokazalo se da direktno poređenje prema EHCI indeksu (Euro Health Consumer Index - Evropski zdravstveni potrošački indeks) nije moguće, kao i da postoje velike varijacije kod analize procentualnih odnosa za pojedine kategorije i pojedine ustanove. Zaključeno je da je neophodna promena parametara kvaliteta koji bi ocenjivali rezultate, a ne sam proces rada zdrastvenih ustanova kao dosad, kao i da je neophodno u rangiranje uključiti i privatno zdravstvo. Podaci za istraživanje dobijeni su iz sekundarnih izvora. Obrađivane su vrednosti parametara za praćenje kvaliteta u tri grupe: 1. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih le- XX

22 kara u službi opšte medicine, 2. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine i 3. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu žena. Pomenute tri grupe pokazatelja prisutne su u svim pomenutim ustanovama primarne zdravstvene zaštite pa je moguće međusobo upoređivanje i rangiranje svake analizirane zdrastvene ustanove. Indikatori kvaliteta rada izraženi su u procentima. Nije prisutno bodovno vrednovanje parametara koje se koristi kod EHCI. Rangiranje domova zdravlja sa teritorije Sremskog okruga kao reprezentativnog modela izvršeno je na osnovu vrednosti procenata (vrednost procenta kao mesto rangiranja). U radu nema sinteznog indeksa koji bi agregirao sve pokazatelje i omogućio dobijanje jedne jedinstvene rang-liste. Radi adekvatnog sagledavanja zdravstvene zaštite na teriotoriji AP Vojvodine u odnosu na zdravstvenu zaštitu u Evropi, potrebno je uvesti praćenje pokazatelja Evropskog zdravstvenog potrošačkog indeksa EHCI. Uvođenje praćenja i izveštavanja na osnovu indikatora EHCI, daje mogućnost realnog sagledavanja ranga kvaliteta zdravstvene zaštite u Republici Srbiji. Samo razvojem modela za rangiranje, koji obuhvata sve pružaoce zdravstvenih usluga, možemo imati jasnu sliku zdravstvene zaštite u AP Vojvodini, sa rangom kvaliteta zdravstvenih ustanova, što na kraju treba da omogući pouzdanu osnovu za sve dalje aktivnosti u pravcu praćenja kvaliteta i sprovođenja mera na unapređenju kvaliteta zdravstvene zaštite u Republici Srbiji. Tema 6. Kompleksi metala sa S-alkilizotiosemikarbazidima Hemija kompleksnih jedinjenja metala sa tiosemikarbazidom, H 2 N 1 N 2 H C 3 (=S) N 4 H 2 (TSC), je počela pionirskim radovim Jensena godine, tako da je do danas sintetizovan i proučen veliki broj njegovih kompleksa sa većinom prelaznih metala. Pojačani interes za ova jedinjenja, a posebno za komplekse metala sa tiosemikarbazonima kao kondenzacionim proizvodima tiosemikarbazida i karbonilnih jedinjenja, pojavio se 40-ih godina prošlog veka kada su Domagk i saradnici našli da neki tiosemikarbazoni i njihovi kompleksi pokazuju antituberkuloznu aktivnost. Nakon toga usledila su sistematska ispitivanja ovih jedinjenja, pri čemu je, osim interesantnih strukturnih i različitih fizičko-hemijskih karakteristika, nađeno da imaju širok spektar biološkog delovanja: antileprotično, antivirusno, antifungalno, antimalarično, pa čak i antitumorno, pri čemu se posebno ističu heterociklični tiosemikarbazoni i njihovi kompleksi. Na osnovu dosadašnjih rezultata proučavanja S-alkilizotiosemikarbazida kao liganada, mogu se izvesti sledeći opšti i osnovni zaključci: Za razliku od tiosemikarbazida sa kojim su sintetizovani mnogobrojni kompleksi sa ogromnom većinom prelaznih metala, broj kompleksa sa S-alkilizotiosemikarbazidima je mnogo manji i ograničeni su na komplekse Ni(II), Cu(II), Co(III), Fe(III) i Zn(II), među kojima preovladavaju kompleksi Ni(II). Svi analizirani S-alkilizotiosemikarbazidi za koordinaciju koriste terminalne atome azota (N1 i N4) gradeći petočlani metalocikl. Pri tome se ovi ligandi koordinuju u amido formi koja nastaje migracijom atoma vodonika sa N4H2 grupe na susedni N2 atom. Sa stanovišta geometrijske strukture, a u zavisnosti od ligand partnera, sa Ni(II) ovi ligandi daju dva tipa kompleksa. Kvadratno-planarne (dijamagnetične) opšte XXI

23 formule [NiL 2 ]X 2 (X = Cl, Br, I) i oktaedarske (paramegnetične) opštih formula [Ni(LMe) 2 A 2 ] 2+ (A = H 2 O, Py, Pz, Im), odnosno [Ni(LMe) 2 X 2 ] 2+ (A = NCS, NCSe, NO 2, NO 3 ). Čvrsti dijamagnetični kompleksi u vodenom, odnosno alkoholnim rastvorima (MeOH, EtOH) prelaze u paramagnetične oktaedarske komplekse, a na račun koordinacije dva molekula rastvarača u aksijalnim položajima. Ovakva nova i izazovna istraživanja, pored teorijskog značaja, mogu da imaju i aplikativan karakter (u medicini, farmaciji, zaštiti životne sredine i drugim sferama). Tema 7. Proučavanje i razvoj metoda proračuna vibracionih karakteristika sistema konstrukcija koje se projektuju Cilj ovog istraživanja je da se ispita mogućnost donošenja odluke o stanju postrojenja, energetskoj efikasnosti i kvalitetu radne sposobnosti, koristeći podatke dobijene vibracionom analizom. Vibracije delova mašine su obično štetne, jer se korisna radna energija rasipa na ovo dodatno kretanje, izazivaju povećano trošenje delova mašine, posebno ležaja, a mogu dovesti i do havarija. Metod vibracione analize postrojenja predstavlja vrlo podesan metod za takvo zaključivanje s obzirom na to da se i bez zaustavljanja mašina i proizvodnje može doći do potrebnih podataka. Mere se ukupne vibracije i vrši se frekventna analiza. Na osnovu tih podataka daje se zaključak o radnoj sposobnosti svake od mašina u pojedinim pogonima. Ponavljanjem merenja vibracija u dužem periodu vremena i međusobnim poređenjem dobijenih podataka može se dati zaključak o trendu vibracija, kao i trendu radne sposobnosti mašine. Grupisanje delova postrojenja se može vršiti prema vrsti mašina (funkciji). Elektromotori se dele prema snazi u nekoliko grupa. Na osnovu ovakvih elemenata mogu se formirati alternative sistema konstrukcija koji se projektuje. Prema standardima za vibraciono stanje mašine se grupišu po nivou vibracija na: dobro, zadovoljavajuće, dozvoljeno, nedozvoljeno. Ukazano je na uzroke povećanih vibracija na osnovu frekventne analize: od neuravnoteženosti, od nesaosnosti, od oštećenja ležaja. Kod nekih postrojenja postolje nije u mogućnosti da primi vibracije, pa se javljaju uvećane vertikalne vibracije. Ovakvim ocenjivanjem vrednuje se vibraciono stanje mašina. Ocenjeno vibraciono stanje mašina može ukazati na smanjenu radnu sposobnost, blizak kraj radnog veka, smanjenu energetsku efikasnost s obzirom na rasipanje energije na vibracije, kao i na opadanje krutosti i nosivosti noseće konstrukcije na koju su instalirane mašine. Metoda se može primeniti i na konstrukcije koje se tek projektuju kako bi se rizik od pojave štetnih vibracija sveo na najmanju moguću meru. U svetu postoji jasan trend ka uvođenju monitoring sistema tipa onlajn koji može da posluži za detekciju različitih tipova oštećenja, ali i određivanja radne sposobnosti mašina. Upravljački menadžment treba da izvrši osavremenjavanje pogona zbog zastarelosti ili istrošenosti opreme mašina nakon određanog broja godina. Ciljevi za rekonstrukciju fabrike su: povećanje efikasnosti rada, smanjenje zagađenosti životne i radne sredine, povećanje energetske efikasnosti. Formulisanjem ovih ciljeva dobijaju se kriterijumi za odlučivanje, odnosno za izbor najpovoljnije alternative za rekonstrukciju. Cena rekonstrukcije takođe može biti jedan od kriterijuma. XXII

24 Na osnovu ocena radne sposobnosti svake od mašina u pojedinim pogonima utvrđuje se da li je potrebno inoviranje u proizvodnim pogonima ili se smatra da je radna sposobnost fabrike kao celine zadovoljavajuća. Za odgovor na pitanje kako izvršiti kompletno inoviranje proizvodnog pogona s obzirom na nizak nivo radne sposobnosti potreban je višekriterijumski model odlučivanja sa skupom alternativa, kriterijumima i postupcima za vrednovanje. Ovo bi moglo da bude smernica za dalja istraživanja po ovoj temi projekta. Tema 8. Metode odlučivanja u slučajevima povećanog radijacionog rizika Radijacioni rizik je verovatnoća narušavanja ljudskog zdravlja usled dejstva jonizujućeg zračenja. U ovom radu su analizirane metode odlučivanja, primenjive na problematiku odlaganja radioaktivnog otpada i optimalnog izbora zemljišta za poljoprivrednu proizvodnju sa aspekta njegove radioaktivnosti. Laboratorijska merenja pokazuju da sedimenti migracionih puteva, oko odlagališta radioaktivnog otpada, mogu da apsorbuju rastvorene radioizotope. Radioizotopi se pojavljuju na ovom mestu 150 godina nakon referentnog datuma u minimalnom slučaju, a nakon 500 godina u maksimalnom slučaju. Metodom fazi skupova, dobijena je čvrsta, kvantifikovana procena neizvesnosti. Razvijena metoda se može primeniti na bilo koju vrstu geoloških barijera, kao i za odlaganje visoko radioaktivnog otpada. Za analizu su uzeti uzorci sa 30 lokacija koje su veoma slične u pogledu tipa zemljišta. Za rangiranje lokacija po radioaktivnosti zemljišta, gledano sa stanovišta prisustva pet radionuklida, odabrana je metoda PROMETHEE za višekriterijumsko odlučivanje (spomenuta i u Temi 2, odeljak 4.2). Verzija PROMETHEE / GAIA-e jeste racionalan proces donošenja odluka što se postiže svojstvom vektorskog odlučivanja koje usmerava donosioca odluke u pravcu poželjnih rešenja. GAIA vrši geometrijske analize za interaktivnu pomoć. U višekriterijumskom modelu lokacije su alternative, a prisutni radionukleidi su kriterijumi koji izazivaju-uslovljavaju raioaktivnost lokacije. Ulazni podaci su aktivnosti radionuklida merenih na pomenutim lokacijama. S obzirom na to da se prisustvo radionuklida u zemljištu smatra oblikom kontaminacije, svi kriterijumi definisani su kao nepoželjni. Značaj kriterijuma se određuje na osnovu toksičnosti radionukleida, na primer, 226 Ra pripada grupi izrazito toksičnih elemenata. Rangiranje alternativa pokazuje redosled lokacije od one sa najnižim stepenom zagađenosti zemljišta, u smislu prisustva radionuklida, do one sa najvećim stepenom kontaminacije. Ova metodologija odlučivanja primenjena je na teritoriji Čačka. Rezultati ove i drugih studija podržavaju tvrdnju da je zemljište čačanskog sliva bezbedno za poljoprivredu. XXIII

25 DOPRINOS Rezultati istraživanja predstavljaju značajan i vredan doprinos Projekta teoriji i praksi odlučivanja u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini. Doprinos i nove vrednosti po temama su: T1. Istražene su funkcije agregacije i matematičke operacije sa fazi (fuzzy) vrednostima i njihova primenljivost. T2. Primena metode VIKOR za višekriterijumsku optimizaciju za upravljanje komunalnim otpadom, primeri na području Novog Sada i razrada opšteg modela odlučivanja za primenu metode VIKOR kod drugih vrsta tehničko-tehnoloških složenih sistema. T3. Metoda za ocenu efikasnosti bio-gas postrojenja i predlaganje mera za poboljšanje efikasnosti. T4. Istraživanje tehnologija za korišćenje biomase (stanje na području Vojvodine), kao i isticanje i proučavanje konflikta između primene biomase u proizvodnji energije i očuvanja plodnosti zemljišta za poljoprivrednu proizvodnju. T5 Analiza parametara za praćenje kvaliteta rada i stvaranje osnova za razvoj modela za rangiranje zdravstvenih ustanova primarnog nivoa zdravstvene zaštite na teritoriji AP Vojvodine. T6. Metode za analiziranje karakteristika kompleksa metala sa S-alkilizotiosemikarbazidima. T7. Metoda proračuna vibracionih karakteristika sistema konstrukcija koje se projektuju i njena primenljivost za ocenjivanje radne sposobnosti postrojenja. T8. Metodologija potencijalno primenljiva za odlučivanje u slučaju povećanog radijacionog rizika od odloženog radioaktivnog otpada radi utvrđivanja stepena kontaminacije okolne sredine. Rukovodilac projekta Akademik Milorad Miloradov XXIV

26 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Endre Pap* ISTRAŽIVANJE KLJUČNIH MATEMATIČKIH PROBLEMA U TEORIJI ODLUČIVANJA VEZANIH ZA DONOŠENJE ODLUKA U NEODREĐENIM KOMPLEKSNIM SISTEMIMA APSTRAKT: Izloženi su neki elementi normativne teorije odlučivanja u sistemima pri neodređenim uslovima. Prilikom donošenja odluke najčešće se susrećemo sa sledećim vrstama neodređenosti: nepoznavanje pojava; nepreciznost merenja; neodređenost jezika; subjektivne procene. Ove neodređenosti matematički modeliramo pomoću teorije verovatnoće i statistike, te novijim matematičkim metodama teorijom fazi skupova i fazi logike, te neaditivnim merama i integralima baziranim na njima. Pri tome se koristi bogata teorija funkcija agregacija, a među funkcijama agregacija se ističu trougaone norme i konorme, uninorme i kopule. Ključne reči: Teorija odlučivanja, verovatnoća, funkcija agregacije, trougaona norma, kopula, fazi skup, neaditivne mere, Choquetov integral, Sugenov integral. 1. UVOD Pod odlukom se podrazumeva izbor iz skupa od najmanje dve opcije (alternative) kojima se ostvaruje željeni cilj. Izložićemo ovde neke elemente normativne teorije odlučivanja, tj. uz pretpostavku da smo kao savršeno racionalni pojedinci ili grupe sposobni da precizno formulišemo problem i postavimo ciljeve, te da možemo formirati skup svih alternativa, kojima možemo realizovati te ciljeve (pre svega izučavanje metoda izbora). Za razliku, deskriptivna teorija odlučivanja posmatra običnog donosioca odluka i njegove izbore (centar izučavanja je sam donosilac odluke sa njegovim kognitivnim ograničenjima). Prilikom donošenja odluke najčešće se susrećemo sa sledećim vrstama neodređenosti: 1. Nepoznavanje pojava; 2. Nepreciznost merenja; 3. Neodređenost jezika; 4. Subjektivne procene. * Endre Pap, Univerzitet Singidunum, Beograd i Obuda univerzitet, Budimpešta, Mađarska 1

27 Ove neodređenosti možemo matematički modelirati pomoću teorije verovatnoće i statistike, te novijim matematičkim metodama teorijom fazi skupova i fazi logike, te neaditivnim merama i integralima. Poglavlje 2 posvećeno je kratkom pregledu klasične teorije odlučivanja, te klasifikaciji donošenja odluka u uslovima izvesnosti, u uslovima potpune neizvesnosti, te u uslovima rizika, gde se ukazuje na značaj Bajesove teoreme u proceduri pribavljanja dodatne informacije, te ukazati na klasičnu teoriju korisnosti. U poglavlju 3 se, kao važnoj aparaturi teorije odlučivanja, daju elementi opšte teorije funkcija agregacija, dok je poglavlje 4 posvećeno specijalnim važnim funkcijama agregacija: trougaonim normama i konormama, uninormama i kopulama. U poglavlju 5 su uvedeni fazi skupovi i operacije sa njima. Poglavlje 6 posvećeno je vrlo aktuelnoj oblasti neaditivnih mera i integrala baziranih na njima kao što su Choquetov i Sugenov integral. 2. NEKI ELEMENTI KLASIČNE TEORIJE ODLUČIVANJA Proces rešavanja problema odlučivanja bismo jednostavno mogli opisati sledećim koracima: 1. Uočavanje problema, 2. Definisanje problema, 3. Definisanje ciljeva (prioriteti, kriterijumi), 4. Definisanje akcija (opcija, alternativa), 5. Baza odgovarajućih informacija, 6. Evaluacija akcija, alternativa, 7. Izbor akcija, alternativa, 8. Realizacija akcija, alternativa (Metode), 9. Analiza dobijenih rezultata, 10. Primena. Vrlo često se dešava da obilaskom navedenog ciklusa, te na osnovu donošenja odluke, ne budemo zadovoljni donetom odlukom. U tom slučaju se navedeni ciklus ponavlja. Pitanje donošenja dobre odluke je lako razrešiti na osnovu dobijenog rezultata, ali pošto se odluka donosi pre njene realizacije, to se kakvoća odluke ceni prema procedurama koje smo sproveli za njeno donošenje. Donošenje odluka u uslovima izvesnosti Za donosioca odluke se pretpostavlja da je savršeno racionalan, videti Luce, Raiffa (1958). To znači da poređenjem dve alternative, akcije, x i y iz skupa alternative, akcija A, on ili strogo prefereira x u odnosu na y, x y je indiferentan izmedju njih x y. Njegova stroga relacija preferencije između datih alternativa, akcija, zadovoljava uslove: (i) asimetričnosti: ako x y, onda nije y x; (ii) kompletnosti: za bilo koje dve alternative x i y ili x y ili y x ili x y; (iii) tranzitivnost: x y i y z, tada x z; analogno za indiferentnost. 2

28 Na osnovu ovih osobina se može napraviti rang lista alternativa, te svakoj alternativi pridružit ordinalna funkcija korisnosti u: A R sa osobinama: u(x) > u(y) ako i samo ako x y, te u(x) = u(y) ako i samo ako x y. Primer. Pretpostavimo da nudimo određeni projekat firmama i da nas prvenstveno interesuje samo jedan parametar: visina zarade. Zarade u firmama su izražene u hiljadama evra. Firma Zarada A_1 55 A_2 45 A_3 40 A_4 60 A_5 40 A_6 30 A_7 80 Odgovarajuća rang-lista je, gde za funkciju korisnosti možemo uzeti direktno visinu zarade, ili je možemo normirati, ali uvek dobijamo istu rang-listu (koja ne vodi računa o razlici između poređanih firmi). Firma Zarada Korisnost Korisnost A_ A_ A_ A_ A_3, A_ A_ Odlučivanje u uslovima potpune neizvesnosti Ovakve situacije za odlučivanje se javljaju pojavom potpuno novih fenomena (odsustvo poznavanja verovatnoće pojave), recimo kod dugoročnih prognoza ekonomskih i političkih situacija. No i u takvim situacijama postoje metode (procedure) izbora. Navedimo neke od metoda koje se baziraju na različitim logičkim osnovama: optimistički (maximax), pesimistički (maximin), optimizma-pesimizma (Hurvicov), minimaks kajanja (Sevidžov), Laplasova, videti Luce, Raiffa (1958), Tapan (1997), Pavličić (2004). Videćemo u kasnijim poglavljima kako se još rešavaju ovi problemi savremenim matematičkim metodama (fazi skupovi, neaditivne mere). Odlučivanje u uslovima rizika Preferencije prema ishodima akcija posmatramo u uslovima rizika. U uslovima rizika raspolažemo i verovatnoćama pojavljivanja određenih događaja. Primer. Pretpostavimo da u prethodnom primeru, gde nudimo određeni projekat, raspolažemo i odgovarajućim verovatnoćama pojavljivanja događaja da će projekat biti vrlo uspešno realizovan, osrednje realizovan i slabo realizovan, te odgovarajuće zarade u firmama prema tim događajima. 3

29 Firma Zarada S_1 S_2 S_3 A_ A_ A_ A_ A_ A_ A_ Verovatnoća P(S_i) Računamo odgovarajuća matematička očekivanja za svaku firmu. Imamo E(A_1)=90 x0.2+55x x0.45= 50.75, te E(A_2)= 43.75, E(A_3) = 37, E(A_4) = 47, E(A_5) = 35, E(A_6) = 38, E(A_7) = Po metodi maksimalnog matematičkog očekivanja biramo firmu A_1. Klasična teorija korisnosti S obzirom da je teorija odlučivanja poslednjih decenija doživela znatan napredak, teorija korisnosti se izdvojila kao potpuno nezavisna naučna disciplina sa primenama u raznim oblastima: ekonomija, tehnika, politika, psihologija itd. Osnovni aparat teorije odlučivanja u uslovima neizvesnosti zasnivao se do sada na meri verovatnoće. Ovaj pristup merenju korisnosti odluke razvili su John Von Neumann i Oskar Morgenstern (1944). Tada odgovarajuća funkcija korisnosti zavisi i od odgovarajućih verovatnoća. Ne ulazeći u detalje, rizična opcija se prikazuje lutrijom L(p, D; 1-p, G), sa ishodima dobitak D, koji se realizuje sa verovatnoćom p, i gubitkom G, koji se realizuje sa verovatnoćom 1-p. U matematičkoj teoriji se govori o novcu, no u primenama mogu biti i druge veličine. Zahtevaju se još četiri uslova racionalnosti (kontinuitet preferencija, zamenjivost, monotonost, redukcija složene lutrije). Kao rezultat se dobija kardinalna funkcija korisnosti, sa dodatnom osobinom u(l)= p u(x) + (1-p) u(y). Dobijena funkcija korisnosti odražava ponašanje donosioca odluke prema riziku. Korisnost novčanih ishoda posmatranih akcija možemo prikazati grafički. Na apcisu nanosimo novčane vrednosti ishoda, a na ordinatu izračunate korisnosti. Tako imamo tri kategorije donosioca odluke. Odbojnost prema riziku. U tom slučaju funkcija korisnosti je konkavna. Takav donosilac odluke uvek preferira siguran novčani iznos x, u odnosu na lutriju čija je očekivana vrednost x. Npr. nudi se izbor između sigurnog dobitka x=1,5 miliona dinara i akcije: L ili dobitka 3 miliona dinara sa verovatnoćom 0.5 ili 0 dinara sa verovatnoćom 0.5. U slučaju akcije L matematičko očekivanje je E(A) = u(l) = = 1.5. Za donosioca odluke odbojnog prema riziku je u(x) > u(l). Sklonost prema riziku. U tom slučaju funkcija korisnosti je konveksna. Takav donosilac odluke uvek preferira siguran novčani iznos x, u odnosu na lutriju čija je očekivana vrednost x. Npr. nudi se izbor između sigurnog dobitka x=1.5 miliona dinara i akcije: L ili dobitka 3 miliona dinara sa verovatnoćom 0.5 ili 0 dinara sa verovatnoćom 0.5. U slučaju akcije L matematičko očekivanje je E(A)=u(L)= = 1.5. Za donosioca odluke sklonog prema riziku je u(x) < u(l). 4

30 Neutralan odnos prema riziku. U tom slučaju funkcija korisnosti je prava linija. Takav donosilac odluke je indiferentan prema izboru sigurnog novčanog iznosa x ili lutriji čija je očekivana vrednost x. Novac vrednujemo kolika je njegova nominalna vrednost. Vrlo često, kada donesemo određenu odluku, vidimo da nam treba još dodatnih informacija, da bismo doneli konačnu odluku. No dodatna informacija košta. U ovakvim situacijama je često koristimo Bajesovu teoremu (formulu). Na primeru ćemo ilustrovati vrlo korisnu Bajesovu teoremu u primeni teorije verovatnoće. Primer. Pretpostavimo da firma hoće da lansira novi proizvod na tržište. Menadžeri su optimisti u pogledu reakcije kupaca na karakteristike, izgled i planiranu cenu novog proizvoda, zbog čega visokoj tražnji S_1 pripisuju verovatnoću 0.65, a niskoj tražnji S_2 verovatnoću U zavisnosti od uslova na tržištu, menadžeri su ocenili i moguće rezultate prodaje (prihodi su dati u milionima evra). Neka je nivo tražnje: S_1 visoka, S_2 niska. Akcija S_1 S_2 A_1 -proizvoditi A_2 -odustati 0 0 Verovatnoća P(S_i) Matematička očekivanja su: E(A_1)= (-350)= 397.5, E(A_2)=0. Prema ovim pokazateljima treba se opredeliti za proizvodnju A_1. No kako ipak postoji rizik od 0.35, zbog toga angažuju agenciju za istraživanje tržišta za pribavljanje dodatne (nesavršene, delimične) informacije. Istraživanje će imati dva rezultata: informaciju I_1 povoljan rezultat (visoka tražnja), ili I_2 nepovoljan rezultat (pouzdanost rezultata je manja od 100 %). Agencija obaveštava da je pouzdanost povoljnog rezultata 80 %, dok je verovatnoća za nepovoljan rezultat Ove uslovne verovatnoće zapisujemo: P(I_1 S_1)= 0.8 i P(I_2 S_1)=0.2. S druge strane, pouzdanost nepovoljnog rezultata je 75 %, dok je verovatnoća za povoljan rezultat Ove uslovne verovatnoće zapisujemo: P(I_1 S_2)= 0.25 i P(I_2 S_2)=0.75. Prvi slučaj. Neka je rezultat istraživanja tržišta povoljan. Zato polazne verovatnoće događaja P(S_1)=0.65 i P(S_2)= 0.35 treba revidirati. Po Bajesovoj teoremi treba da izračunamo verovatnoće P(S_1 I_1) i P(S_2 I_1) (a posteriori verovatnoće). Tako dobijamo: P(S_1 I_1) = P(S_1) P(I_1 S_1) / P(I_1) = P(S_1) P(I_1 S_1) / (P(S_1) P(I_1 S_1) + P(S_2) P(I_1 S_2)), P(S_2 I_1) = P(S_2) P(I_1 S_2) / P(I_1) = P(S_2) P(I_1 S_2) / (P(S_1) P(I_1 S_1) + P(S_2) P(I_1 S_2)). Zamenom datih podataka dobijamo: P(S_1 I_1) = / ( )= 0.881, P(S_2 I_1) = / ( )= Zato sada vršimo korekciju polaznih verovatnoća, pa imamo sledeću tablicu: 5

31 Akcija S_1 S_2 A_1 -proizvoditi A_2 -odustati 0 0 Verovatnoća P(S_i) Verovatnoća javljanja povoljne informacije (izraz u imeniocu) je data sa P(I_1)=P(S_1) P(I_1 S_1) + P(S_2)P(I_1 S_2)= Matematička očekivanja su: E(A_1)= (-350)= , E(A_2)=0. Prema ovim pokazateljima treba se opredeliti za proizvodnju A_1. Drugi slučaj. Neka je rezultat istraživanja tržišta nepovoljno, tj. dobijena je informacija I_2. Zato polazne verovatnoće događaja P(S_1)=0.65 i P(S_2)= 0.35 treba revidirati. Po Bajesovoj teoremi treba da izračunamo verovatnoće P(S_1 I_2) i P(S_2 I_2) (a posteriori verovatnoće). Tako dobijamo: P(S_1 I_2) = P(S_1) P(I_2 S_1)/ P(I_2) = P(S_1) P(I_2 S_1))/(P(S_1) P(I_2 S_1) + P(S_2) P(I_2 S_2)), P(S_2 I_2) = P(S_2) P(I_2 S_2)/ P(I_2) = P(S_2) P(I_2 S_2) /(P(S_1) P(I_2 S_1) + P(S_2) P(I_2 S_2)). Zamenom datih podataka dobijamo: P(S_1 I_2)= ( ) / ( )= 0.382, P(S_2 I_2)= ( ) / ( )= 0.618, Zato sada vršimo korekciju polaznih verovatnoća, pa imamo sledeću tablicu: Akcija S_1 S_2 A_1 -proizvoditi A_2 -odustati 0 0 Verovatnoća P(S_i) Verovatnoća javljanja povoljne informacije (izraz u imeniocu) je data sa P(I_2)=P(S_1) P(I_2 S_1) + P(S_2) P(I_2 S_2)= Matematička očekivanja su: E(A_1)= (-350)= 89.3, E(A_2)=0. Prema ovim pokazateljima treba odustati (mali je prihod), akcija A_2. Treba videti sada još koja je cena dodatne informacije, odnosno koliko vredi platiti za nju. Kako je matematičko očekivanje pri izboru agencije AG dato sa E(AG) = P(I_1) E(A_1) + P(I_2) E(A_2) = = , to zaključujemo da je vrednost delimične informacije iznosi (AN je da ne uzimamo dodatnu informaciju od agencije) E(AG) - E(AN) = = Znači za ovu dodatnu informaciju bi bili u minusu za 6.24 miliona evra. 6

32 3. FUNKCIJE AGREGACIJE (OBJEDINJAVANJA) Centralni problem koji ovde istražujemo jeste agregacija (sjedinjavanje), koja se odnosi na kombinovanje i spajanje nekoliko (najčešće numeričkih) vrednosti u jedan izlaz. Možda je najstariji primer u tom pogledu pojam aritmetičke sredine ili prosek, koja je bila korišćena tokom cele istorije fizike i svih eksperimentalnih nauka. Svaka funkcija (sa dodatnim prirodnim osobinama) koja, slično kao i aritmetička sredina, daje jednu izlaznu vrednost na osnovu vektora ulaznih vrednosti naziva se funkcija (operator) agregacije. Agregacione funkcije igraju važnu ulogu u mnogim tehnološkim zadacima sa kojima su naučnici suočeni danas. One su posebno važne u mnogim problemima koji se odnose na fuziju informacija. Opštije, funkcije agregacija se naširoko koriste u samoj matematici (npr. funkcionalne jednačine J. Aczel (1996), teoriji sredina Grabisch i ostali (2009), teoriji mere i integral Pap (1995, 2002)), primenjenoj matematici (npr., verovatnoći, statistici Nelsen (1999), teoriji odlučivanja), računarskim i tehničkim naukama (npr. veštačka inteligencija, operacionim istraživanjima, teoriji informacija, inžinjerskom projektovanju, prepoznavanju uzoraka i analiza slike, fuzija podataka, automatizirano rezonovanje), ekonomija i finansije (npr. teorija igara, teorija glasanja, donošenje odluka), društvenim naukama (npr. reprezentaciona merenja, matematička psihologija), kao i u mnogim drugim primenjenim granama fizike i prirodnih nauka. Funkcije (operatori) agregacije igraju važnu ulogu u raznim pristupima teoriji odlučivanja Grabisch i dr (2009), Grabisch i dr. (1995), Fodor, Roubens (1994). Ispitaćemo zato ovde neke od njihovih osobina. U mnogim sistemima (specijalno inteligentnim) agregacija ulaznih podataka ima glavnu ulogu. Operatori agregacije čine osnovu višekriterijumskog odlučivanja, inžinjerskog dizajna, prepoznavanja oblika, neuralnih mreža, fazi kontrolera, genetskih algoritama. Izbor operatora agregacije direktno zavisi od konkretne primene. Da bi se dobila osetljiva i zadovoljavajuća agregacija, ne može se upotrebiti bilo koji operator agregacije. Za izbor odgovarajućeg operatora agregacije možemo primeniti aksiomatski pristup, te pretpostaviti da operator zadovoljava neke odabrane osobine. Ove osobine mogu biti diktirane prirodom vrednosti koje treba objediniti (agregirati). Tako, na primer, u višekriterijskom procenjivanju cilj je da se dobije globalna procena na osnovu parcijalnih ocena u odnosu na razne kriterijume. Bilo bi neprirodno da se da globalna ocena koja bi bila niža od najmanje parcijalne ocene, ili veća od najveće parcijalne ocene, što znači da su u ovom slučaju samo internalni operatori agregacije dozvoljeni. Ako pak stepen preferencije dolazi od kombinacije tranzitivnih (u neku ruku) relacija, onda je očekivati da i konačni rezultat bude tranzitivan. Drugi važan primer dolazi iz agregacije mišljenja prilikom glasanja. Kako su najčešće glasači anonimni prirodno je da je operator agregacije simetričan. U teoriji odlučivanja (specijalno pri neodređenim uslovima) često se zahtevaju složeniji i opštiji matematički modeli, koji se zasnivaju na neaditivnim merama, videti poglavlje 6. Navešćemo ovde samo veoma kratak uvod za neke elementarne osnove vezane za matematičke osobine operatora agregacija i njihovih interpretacija u primeni, bazirano na monografiji Grabisch i dr. (2009), izbegavajući složene formule. Pravićemo razliku između operatora agregacija koji imaju određen broj argumenata i proširenja operatora koji su definisani za bilo koji broj argumenata. 7

33 Definicija. Funkcija (operator) agregacije je funkcija n N n [ ] [ ] A : 0,1 0,1 takva da važi (i) A(x 1, x 2,..., x n ) A(y 1, y 2,..., y n ) kada je x i y i za sve i {1,2,...,n}, (ii) A(x) = x za sve x [0,1], (iii) A(0,0,...,0)=0 i A(1,1,...,1)=1. Svaka funkcija agregacije A se može predstaviti familijom (A n ) n N n-arnih operacija, tj., funkcijama A n : [0,1] n [0,1]. Primetimo da za opšti prošireni operator, za različite n i m operatori A n i A m ne moraju biti u vezi. Na primer uzmimo brojeve 5, 3, 1 i nađimo prvo njihovu aritmetičku sredinu, što je 3, to je vrednost operatora A 3 (5,3,1). Nađimo sada prvo aritmetičku sredinu samo prva dva broja, što je 4, pa potom aritmetičku sredinu ovog broja sa trećim brojem 1, što daje različitu vrednost 2.5, ovo je bio operator A 2 (A 2 (5,3),1). Ovoj važnoj problematici teorije operatora agregacije je posvećena posebna pažnja u Grabisch i ostali (2009). Navedimo sada još neke dobro poznate operatore agregacije. Za težine (a 1,...,a n ), gde su a i iz R, imamo aritmetičku sredinu sa težinama (eng. weighted arithmetic mean) ax ax n n WAM( x1,..., xn ) = n, a i i= 1 ili uređenu aritmetičku sredinu sa težinama (eng. ordered weighted averaging) ax OWA( x,..., x ) = 1 n ax 1 (1) n ( n) n i = 1ai, gde je x (1)... x (n). Slično, ekstremna uređena statististike x (1) i x (n) su respektivno minimalni i maksimalni operatori. Mediana se za neparan broj promenljivih (x_1,,x_ {2k-1}) definiše na sledeći način Med(x_1,,x_{2k-1}) = x_(k). Geometrijska sredina sa parametrom r, = n r Gr( x) xi. i= 1 1/ r Algebarske i analitičke osobine funkcije agregacije A su date preko odgovarajućih osobina n -arne operacije A n. Definicija. Neka je A funkcija agregacije i (A n ) n N odgovarajuća familija n-arnih operacija. (i) A je komutativno, idempotentno, striktno monotono, neprekidno ( n 2), ako je n-arna operacija A n komutativna, idempotentna, striktno monotona, neprekidna, respektivno. (ii) A je asocijativno ako za ( m,n N), i sve (x 1,x 2,...,x m ) [0,1] m i (y 1,y 2,...,y n ) [0,1] n važi 8

34 A(x 1,x 2,...x m, y 1,y 2,...,y n ) = A(A(x 1,x 2,...,x m ), A(y 1,y 2,...,y n )) (iii) Element e [0,1] je neutralni element i element a [0,1] je anihilator funkcije agregacije A ako, za ( n 2) i svako i {1,2,...,n} i sve x 1,x 2,..., xi-1, xi+1,...x n [0,1], važi, respektivno, A(x 1,x 2,...x i-1,e,x i+1,...,x n ) = A(x 1,x 2,...x i-1,x i+1,...,x n ), A(x 1,x 2,...x i-1,a,x i+1,...,x n ) = a. Funkcije agregacije se često osim nad [0,1] posmatraju i nad drugim intervalima. Specijalan slučaj agregacije je kada imamo samo jednu promenljivu, tj. unarnu funkciju A 1 :[0,1] [0,1]. Pošto agregacija jedne promenljive nije agregacija, usvajamo konvenciju: A 1 (x)=x za sve x [0,1]. Lokacija na realnoj osi Vrlo često se operatori agregacije klasifikuju u tri klase: konjuktivni, disjunktivni i interni operatori, već u zavisnosti da li su vrednosti operatora uvek manje od minimuma, veće od maksimuma ili između maksimuma i minimuma argumenata, respektivno. Interni operatori agregacije se često zovu i kompenzatorni operatori, jer kod njih slab (odnosno dobar) rezultat jednog kriterijuma se može kompenzirati dobrim (odnosno lošim) rezultatom drugog kriterijuma, tako da je konačan rezultat neka srednja vrednost. Osobine bazirane na grupisanju Kod ovih operatora se mogu grupisati argumenti operatora na disjunktne klase, napraviti parcijalne agregacije po ovim klasama, te potom kombinovati ove parcijalne rezultate u globalni rezultat. Ovde spadaju osobine: asocijativnost, dekompozabilnost, autodistributivnost, bisimetrija itd. Ostale osobine i složeniji operatori Dalje, postoje mnoge druge matematičke osobine koje u nekim primenama mogu imati važnu ulogu, npr. neutralni element ili anihilator. Postoji potreba za izučavanjem odnosa operatora agregacija prema raznim klasama neaditivnih mera i odgovarajućih integrala, kao Choquetov integral i Sugenov integral (videti poglavlje 6). Ovi integrali imaju prednost u odnosu na druge operatore agregacije pošto neaditivnost odgovarajućih mera uzima u obzir interakciju između kriterijuma, [13,14,21,22,26,28,31,34]. Dalje, postoji matematička osnova, zvana pseudo-analiza, koja omogućava modeliranje neodređenosti, nelinearnosti i optimizacije u matematici i fazi sistemima, [17,18,26-31]. Ističemo ovde VIKOR metodu u kojoj se pojavljuju funkcije agregacije: aritmetička sredina sa težinama v i (1-v) u formuli Q=v QS+(1-v) QR, te maksimum sa težinama w 1,..., w n u formuli R= max( wd i i ), oznake su iz rada Opricović, Tzeng (2004). i 9

35 4. SPECIJALNE FUNKCIJE AGREGACIJE Trougaone norme Na osnovu ideja Mengera i Schweizer i Sklara uvedena je specijalna klasa funkcija agregacije od dve promenljive nad [0,1] [0,1]=[0,1]2, pod imenom trougaone norme, videti Klement i dr. (2000). Zajedno sa njenom dualnom operacijom, trougaonom konormom, primenjene su u teoriji fazi skupova i fazi logike. Definicija. Funkcija T:[0,1]2 [0,1] je trougaona norma (kraće t-norma) ako za sve x,y,z [0,1] važi (T1) T(x,y) = T(y,x), komutativnost, (T2) T(T(x,y),z)=T(x,T(y,z)), asocijativnost, (T3) x y T(x,z) T(y,z), monotonost, (T4) T(x,1)=x, postojanje neutralnog elementa 1. Četiri osnovne t-norme su: T M (x,y)=min(x,y), minimum t-norma, T P (x,y)=x y, proizvod t-norma, T L (x,y)=max(x+y 1,0), Lukasiewiczeva t-norma, 2 0 ako ( x,y) [0,1] TD ( x, y) = 1 ostalo. Definicija. Ako za dve t-norme T 1 i T 2 važi T 1 (x,y) T 2 (x,y) za (x,y) [0,1]2, tad kažemo, da je T 1 slabije od T 2, ili da je T 2 jače od T 1, u oznaci T 1 T 2. Ako je T 1 T 2 i T 1 T 2, pišemo T 1 <T 2, tj. tada je T 1 T 2 i ( (x 0,y 0 ) [0,1]2)(T 1 (x 0,y 0 )< (T 2 (x 0,y 0 )). Za svaku t-normu T važi T D T T M i T D <T L <T P <T M. Uvedena relacija poretka nije relacija kompletnog uređenja na skupu svih t-normi, videti (Klement, Mesiar, Pap (2000a)). Pošto je t-norma asocijativna lako se proširuje na n-arnu operaciju rekurzivno. Za n- torku (x 1,x 2,...,x n ) [0,1] n, (n N {0}) važi: n i= 1 n 1 ( i ) Tx = T T x, x = Tx (, x,... x ) i i= 1 = 1 0 Tx = 1, i i n 1 2 n ( n) Specijalno, za x 1 = x 2 =... = x n = x pišemo x T umesto Txx (,,... x). Pošto je svaka t- norma T slabija od minimuma T M možemo t-normu proširiti na prebrojivo mnogo argumenata, za (x i ) i N [0,1] N imamo: n 10

36 Primetimo, da prethodna granična vrednost postoji jer je niz ograničen. nerastući i Trougaone konorme i dualnost Definicija. Funkcija S : [0,1] 2 [0,1] je trougaona konorma (kraće t-konorma) ako za sve x, y, z [0,1] važi (S1) S(x, y)=s(y, x), komutativnost (S2) S(S(x, y), z) = S(x, S(y, z)), asocijativnost, (S3) x y S(x, z) S(y, z), monotonost, (S4) S(x,0) = x, postojanje neutralnog elementa 0. Četiri osnovne t-konorme su: S M (x, y)=max(x, y), maximum t-konorma, S P (x, y) = x + y x y, verovatnosna suma, S L (x, y) = min(x + y,1), ograničena suma, abs Tvrđenje. Funkcija S : [0,1] 2 [0,1] je t-konorma ako i samo ako postoji t-norma T takva da za sve (x, y) [0,1] 2 važi S(x, y) = 1 T(1 x,1 y). Ova dualnost omogućava da se mnoge osobine t-normi lako prenose na odgovarajuće osobine t-konormi. Primer. Dualni parovi osnovnih t-normi i t-konormi su (T M,S M ), minimum i maximum, (T P,S P ), proizvod i verovatnosna suma, (T L,S L ), Lukasiewicza t-norma i Lukasiewicza t-konorma, (T D,S D ), drastični proizvod i najača t-konorma. Na osnovu dualnosti imamo sledeći poredak za proizvoljnu t-konormu S te za osnovne t-norme i t-konorme S M S S D, T D < T L < T P < T M < S M < S P < S L < S D, T D T T M S M S S D. 11

37 Što se tiče neprekidnosti, koristimo uobičajenu definiciju, tj. funkcija F : [0,1] 2 [0,1] je neprekidna ako za sve (x 0, y 0 ) [0,1] 2 i sve nizove (x n ) n N, (y n ) n N [0,1] koji konvergiraju ka x 0 i y 0, respektivno, važi. Očigleno su t-norme T M, T P i T L, kao i dualne t-conorme S M, S P i S L neprekidne, dok T D i S D nisu neprekidne. Poznato je da u opštem slučaju, realna funkcija dve promenljive, npr. sa domenom [0,1] 2 može biti neprekidna po svakoj koordinati a da nije neprekidna na [0,1] 2. Trougaone norme su izuzetak. Tvrđenje. t-norma je neprekidna ako i samo ako je neprekidna po prvoj koordinati, tj. Za svako fiksno y [0,1] funkcija jedne promenljive T(, y) : [0,1] [0,1] je neprekidna. Uvodimo sada jedan jači vid neprekidnosti. Definicija. Funkcija F : [0,1] 2 [0,1] ima Lipschitzovu osobinu ako ( c ]0, [) tako da ( x 1, y 1, x 2, y 2 ) [0,1] 2 ) (F(x 1, y 1 ) F(x 2, y 2 ) c ( x 1 y 1 + x 2 y 2 )). Tvrđenje. Ako t-norma T ima Lipschitzovu osobinu na [0,1], tada je ona i uniformno neprekidna. Obrnuto u opštem slučaju nije tačno. Uvodimo sada neke karakteristične elemente za t-norme. Definicija. Neka je T t-norma. (i) Element a [0,1] je idempotenti element za T ako je T(a,a) = a. Pošto su 0 i 1 idempotenti elementi za svaku t-normu T njih zovemo trivijalni idempotenti elementi za T, a svaki idempotenti element iz ]0,1[ će se zvati ne-trivijalni idempotenti element za T. (ii) Element a [0,1] je nilpotenti element za T ako postoji n N tako da je. (iii) Element a [0,1] je delitelj nule za T ako postoji b ]0,1[ tako da je T(a,b)=0. Primer. U Tabeli 1. je data situacija za osnovne t-norme u odnosu na uvedene karakteristične elemente. Tabela 1. Idempotenti elementi Nilpotenti elementi Delitelj nule T M a [0,1] Ne Ne T P Ne Ne Ne T L {0,1} a ]0,1[ a ]0,1[ T D {0,1} a ]0,1[ a ]0,1[ Navodimo sada neke specifične osobine koje neka t-norma može zadovoljavati. Definicija. Za t-normu T uvodimo sledeće osobine: 12

38 (i) t-norma T je striktno monotona ako važi (SM) T(x, y) < T(x, z) za svako x > 0 i y < z (ii) t-norma T zadovoljava zakon skraćivanja ako važi (CL) T(x, y) = T(x, z) povlači x = 0 ili y = z. (iii) t-norma T zadovoljava uslovni zakon skraćivanja ako važi (CCL) T(x, y) = T(x, z) > 0 povlači y = z. (iv) t-norma T je Arhimedova ako (AP) ( (x, y) ]0,1[) postoji n N tako da je. (v) t-norma T ima osobinu granične vrednosti ako (LP). Primer. U Tabeli 2. je data situacija za osnovne t-norme u odnosu na uvedene karakteristične osobine. Tabela 2. SM CL CCL AP LP T M Ne Ne Ne Ne Ne T P Da Da Da Da Da T L Ne Ne Da Da Da T D Ne Ne Da Da Da Definicija. (i) t-norma T je striktna ako je neprekidna i striktno monotona. (ii) t-norma T je nilpotenta ako je neprekidna i ako je svako a ]0,1[ nilpotenti element za T. (iii) t-norma T je idempotenta ako ( a [0,1])(T(a,a,) = a). Karakteristični predstavnik (do na izomorfizam) striktnih t-normi je T P, a karakteristični predstavnik (do na izomorfizam) nilpotentnih t-normi je T L. Skup svih neprekidnih Arhimedovih t-normi se sastoji od dva disjunktna podskupa striktnih i nilpotentnih t-normi. Jedina neprekidna idempotentna t -norma je T M. Svaka neprekidna t-norma se može predstaviti kao ordinalna suma neprekidnih Arhimedovih t-normi, videti Klement, Mesiar, Pap (2000a). Distributivnost t-normi i t-konormi Definicija. Neka je T t-norma i S t-konorma. T je distributivno u odnosu na S ako za sve x, y, z [0,1] važi T(x,S(y,z)) = S(T(x, y),t(x,z)), 13

39 i S je distributivno u odnosu na T ako za sve x, y, z [0,1] važi S(x,T(y,z)) = T(S(x, y),s(x,z)). Tvrđenje. Neka je T t-norma i S t-konorma. Tada važi (i) S je distributivno u odnosu na T ako i samo ako T = T M. (ii) T je distributivno u odnosu na S ako i samo ako S = S M. (iii) (T,S) je distributivni par ako i samo ako T = T M i S = S M. Iz ovog tvrđenja vidimo koliko mnogo distributivni zakon ograničava izbor mogućih t-konormi. Vidimo, takođe, da tvrđenje važi za sve t-norme i t-konorme, tj. i za one koje nisu neprekidne. Prema tome sasvim je razumljivo ograničiti domen distributivnog zakona ukoliko želimo da dobijemo rešenja koja nisu trivijalna, odnosno rešenja različita od maksimum operatora. Definicija. Neka je T t-norma i S t-konorma. T je uslovno distributivno u odnosu na S ako za sve x, y, z [0,1] važi T(x,S(y,z)) = S(T(x, y),t(x,z)) (U), uz uslov S(y,z) < 1. Sada dajemo karakterizaciju svih parova (T,S) kada je (U) uslov zadovoljen. Teorema. Neprekidna t-norma T i neprekidna t-konorma S zadovoljavaju (U) uslov ako imamo bilo koji od sledeća dva slučaja: (i) S = S M (ii) Postoji striktna t-norma T* i nilpotentna t-konorma S* tako da je aditivni generator s od S* koji zadovoljava s(1)=1 takođe multiplikativni generator od T*, i postoji a [0,1[ tako da za neku neprekidnu t-normu T** imamo T=(<0,a,T**>,<a,1,T*>) i S = (<a,1,s*>) (ordinalna suma), za više detalja videti Klement, Mesiar, Pap (2000a). Rezultat teoreme se može jednostavno prikazati pomoću sledećih slika jediničnih kvadrata kod domena T i S (koristeći postojeće izomorfizme). (0,1) (0,a) min T P S L Max T** min (0,0) (a,0) (1,0) (0,0) 14

40 Uninorme Definicija. Uninorma je binarni operator U:[0,1] 2 [0,1] takva da za sve x,y,z iz [0,1] važi (U1) U(x,y)=U(y,x) (komutativnost) (U2) U(U(x,y),z)=U(U(x,y),U(x,z)) (asocijativnost) (U3) U(x,y) U(x,z) ako je y z (monotonost) (U4) Postoji e [0,1] tako da važi U(e,x)=x (e je neutralni elemenat) Ovi binarni operatori su prvi put nazvani uninormama od strane Fodor, Yagera i Rybalova (1997), videti i Klement, Mesiar, Pap (1996). Inače uninorme predstavljaju specijalna pseudo sabiranja, koja su poznata od ranije Pap (1990, 1995). Jasno je da ako stavimo e=1 u prethodnu definiciju dobijamo t-norme, a ako stavimo e=0 dobijamo t- konorme. Prema tome uninorme predstavljaju generalizaciju dobro poznatih t-normi i t-konormi pri čemu neutralan elemenat može biti bilo koji broj iz jediničnog intervala. Pretpostavimo sada da je U uninorma sa neutralnim elementom e ]0,1[. Definišimo dve funkcije T U i S U na jediničnom kvadratu na sledeći način: Tvrđenje. Za svaku uninormu sa neutralnim elementom e ]0,1[ funkcije T U i S U su t-norma i t-konorma. Prema tome struktura uninormi na kvadratima [0, e] [0, e] i [e,1] [e,1] je tesno povezana sa t-normama i t-konormama za neku t-normu T i neku t-konormu S. Tvrđenje. Za svaku uninormu U sa neutralnim elementom e ]0,1[ važe sledeće nejednakosti: U e (x,y) U(x,y) U e (x, y) gde je 15

41 Sada možemo predstaviti opšti oblik uninormi povezan sa prethodnim tvrđenjem. Teorema. Neka je data uninorma U sa neutralnim elementom e ]0,1[ i neka su preslikavanja x U(x,0) i x U(x,1) (x [0,1]) neprekidna osim za tačku x=e. Tada je uninorma U data u jednom od sledeća dva oblika: a) Ako je U(0,1)=0 onda b) Ako je U(0,1)=1 onda je Dvodimenzionalna kopula Od posebne važnosti u teoriji višedimenzionalne verovatnoće su kopule, videti Nelsen (1999), Klement, Mesiar, Pap (2000a). Definicija. Dvodimenzionalna kopula je binarna operacija C: [0,1] 2 [0,1] takva da za sve x, x*, y, y* [0,1] sa osobinom x x* i y y*, važi C(x,y) + C(x*,y*) C(x,y*) + C(x*,y), C(x,0)=C(0,x)=0, C((x,1)=C(1,x)=x. Primetimo da u opštem slučaju kopula nije ni komutativna ni asocijativna, ali je zato uvek neprekidna, a zadovoljava Lipschitzov uslov neprekidnosti. Primeri. (i) Trougaone norme T L (x,y)= max (x+y-1,0), T M (x,y)= min (x,y) i T P (x,y) =x y su kopule, i važi T L (x,y) C (x,y) T M (x,y). (ii) C(x,y)= p xy + (1-p) T M (x,y), za parametar p ]0,1[. Ona je neasocijativna ali komutativna. 16

42 Sklarova teorema. Neka su slučajne promenljive X i Y (sa marginalnim funkcijama raspodele FX, FY, respektivno), sa zajedničkom funkcijom raspodele HXY. Tada postoji kopula C, takva da je HXY(x,y)= C(FX(x), FY(y)). Ako su FX i FY neprekidne funkcije, onda je C jedinstveno određeno. Važi i obrnuto, ako su FX i FY funkcije raspodele za slučajne promenljive X i Y, tada je funkcija H XY data prethodnom formulom zajednička funkcija raspodele za slučajni vektor (X,Y) sa marginalnim funkcijama raspodele FX i FY. Važne statističke interpretacije: Neka su X i Y neprekidne slučajne promenljive, tada: 1. kopula za X i Y je T M ako i samo ako je svaki od X i Y skoro sigurno rastuća funkcija u zavisnosti od druge; 2. kopula za X i Y je T L ako i samo ako je svaki od X i Y skoro sigurno opadajuća funkcija u zavisnosti od druge; 3. kopula za X i Y je T P ako i samo ako su X i Y nezavisni. Navodimo još neke važne statističke primene kopula. Saglasnost. Definicija. Dva podatka (observacije) (x_1, y_1) i (x_2, y_2) para (X, Y) neprekidne slučajne promenljive su saglasne ako x_1 > x_2 i y_1 > y_2 ili ako je x_1 < x_2 i y_1 < y_2, tj. ako je (x_1 - x_2) (y_1 - y_2) > 0, i protivrečan (nesaglasan), ako je x_1 > x_2 i y_1 < y_2 ili ako x_1 < x_2 i y_1 > y_2, tj. ako je (x_1 - x_2) (y_1 - y_2) < 0. Geometrijski, dve različite tačke (x_1, y_1) i (x_2, y_2) u ravni su suglasne ako prava koja ih spaja ima pozitivan nagib i nesaglasne, ako prava ima negativan nagib. Kendal tau. Neka su (X_1, Y_1), (X_2, Y_2) slučajni vektori sa zajedničkim funkcijama raspodele H_1 i H_2, respektivno, a sa zajedničkim marginalnim raspodelama F (za X_1 i X_2) i G (za Y_1 i Y_2), i neka C_1 i C_2 označavaju kopule za (x_1, y_1) i (x_2, y_2), respektivno. Tada je: H_1 (x, y ) = C_1 (F(x), G (y)) i H_2(x, y) = C_2 (F (x), G (y)). Neka K označava razliku između verovatnoća saglasnosti i nesaglasnosti (x_1, y_1) i (x_2, y_2): K = P((X_1 - X_2)(Y_1 - Y2) > 0) P((X_1 - X_2)(Y_1 - Y_2) < 0). K zavisi samo od kopula C_1 i C_2, K = K(C_1, C_2) = C_2(u, v) dc_1 (u, v)

43 5. TEORIJA FAZI SKUPOVA U klasičnoj teoriji skupova, podskup A skupa X se kompletno zadaje njenom karakterističnom funkcijom 1 A : X {0,1}, koja je nula ako element x X ne pripada skupu A, a ima vrednost jedan ako pripada skupu A. Da bi se opisale situacije kada nije sasvim jasno da li neki element pripada skupu uvodi se uopštenje pojma skupa u smislu da se pripadnost elementa zadaje određenim stepenom. Definicija. Neka je X neprazan skup. Fazi podskup A od X je predstavljen sa funkcijom pripadanja μ A : X [0,1] gde se vrednost μ A (x) interpretira kao stepen pripadanja x X fazi skupu A, videti Klement, Mesiar, Pap (2000a), Pap (1999). Umesto μ A (x) koristimo i oznaku A(x). Skup svih fazi podskupova od X označimo sa F(X). Fazi skup A je određen sa A = {(x,μ A (x)) x X}. Definicija. Neka A F(X). (i) Fazi podskup A je normiran, ako ( x X)(A(x)=1). (ii) Visina fazi skupa A je. (iii) Nosač fazi skupa A je supp(a)={x X μ A (x)>0}. (iv) Jezgro fazi skupa A je ker (A)={x X μ A (x)=1}. (v) α-presek (α nivo) fazi skupa A je gde cl(supp(a)) označava zatvaranje nosača od A. (vi) Fazi skup A je konveksan ako je [A] α konveksan podskup od X za sve α. Definicija. Neka A,B F(X). A i B su jednaki (A=B), ako je μ A (x) = μ B (x)(x X), A je podskup od B, (A<B or A B), ako je μ A (x) < μ B (x)(x X). Za fazi podskup A F(X) uvodimo ker(a)=[a] 1, i, [A] 0 =X. Tvrđenje. Za familiju ([A] α ) α [0,1] α-preseka za A F(X) važi [A] α [A] β kada je α β, te. Znajući sve α-preseke za A F(X) može se rekonstruisati fazi skup A na osnovu α-preseka, te imamo za (x X), gde je karakteristična funkcija skupa [A] α. Definicija. Za fazi skupove A 1, A 2,...A n F(X) njihova konveksna obvojnica je najmanji fazi konveksni skup C za koji važi A i (x) C(x) za i {1,2,...n} i za x X. A sada uvodimo osnovne operacije sa fazi skupovima. U početku teorije fazi skupova korišćene su operacije min i max, no u današnje vreme se koriste opšte neprekidne t- 18

44 norme i t-konorme. Uvodimo fazi presek, uniju, komplement C N na F(X), zasnovane na t-normi T, t-kormi S, i negaciji N (standardna negacija N(x)=1-x), respektivno, (Klement, Mesiar, Pap (2000a)) na sledeći način: ili kraće, ili kraće, ili kraće. Osobine operacija,, C N na F(X) su direktne posledice odgovarajućih t-normi T, t-konormi S i negacije N. Više detalja o trojci (T,S,N) i strukturi F može se naći u (Klement, Mesiar, Pap 2000a). Za datu t-normu T i fazi skupove A F(X) i B F(X) Dekartov (direktan) proizvod A T B je fazi podskup od X Y, dat sa ili kraće. Tvrđenje. Važe sledeće jednakosti,, za A F(X) i B F(Y) ako i samo ako T=T M i S=S M. Za detalje videti (Klement, Mesiar, Pap 2000a). Od posebne važnosti, naročito za primenu, su fazi podskupovi realnih brojeva. Definicija. Neka A F(R). Fazi skup A je fazi broj ako je konveksan, normiran, ima neprekidnu funkciju pripadanja, i ima ograničen nosač. Tvrđenje. Fazi broj A sa nosačem supp(a)=[c,d], ima sledeće osobine: μ A (x) = 0, x [c,d], ( a,b, R)(c a b d) i μ A (x) je monotono neopadajuća na [c,a], and μ A (x) i monotono nerastuća na [b,d], te μ A (x) = 1, x [a,b]. Izdvajamo specijalne fazi brojeve važnih u raznim primenama. Definicija. Fazi broj A je trougaoni fazi broj sa centrom u a levim odstupanjem α i desnim odstupanjem β ako je funkcija pripadanja oblika ako ako u oznaci A=(a,α,β). Tvrđenje. Za trougaoni fazi broj A=(a,α,β) važi 19

45 (i) [A] je = [a (1-γ)α,a+(1 γ)β] ( γ [0,1]), (ii) supp(a) = ]a α, a + β[. Definicija. Fazi broj A je trapezoidni fazi broj sa intervalom tolerancije [a,b], levim odstupanjem α i desnim odstupanjem β ima funkciju pripadanja ako ako ako u oznaci A=(a,b,α,β). Tvrđenje. Za trapezoidni fazi broj A=(a,b,α,β) važi (i) [A] γ = [a (1 γ)α,b + (1 γ)β] ( γ [0,1]), (ii) supp(a) = ]a α, b + β[. Prethodne dve klase fazi brojeva pripadaju sledećoj opštoj klasi fazi brojeva. Definicija. LR fazi broj je dat sa gde su L:[0,1] [0,1],R:[0,1] [0,1] su nerastuće funkcije, i L(0)=R(0)=1 i L(1)=R(1)=0, u oznaci A=(a,b,α,β) LR. Tada je [A] γ zatvoren konveksan podskup od R za ( γ [0,1]). ako ako ako Primene fazi skupova Teorija fazi skupova i fazi logike imaju širok dijapazon primene: aproksimativno rezonovanje, fazi kontroleri, analiza podataka, prepoznavanje oblika, obrade slika, teorija odlučivanja, optimizacija, ekonomija i teorija igara, povezanost sa neuralnim mrežama i genetskim algoritmima. Ovde nećemo ulaziti u detalje, spomenimo samo još samo dve skorije primene. U radovima Obradović i dr. (2011) i Obradović i dr. (2013) uvedeni su linearni fazi prostori bazirani na teriji fazi skupova, koji su poslužili za modeliranje obrade satelitskih snimaka, lociranja puteva u robotici, te obradi skeniranih slika u medicini. Dalje, razvijena je uopštena metoda VIKOR-a koja obrađuje odluke pri konfliktnim kriterijumima, Opricović, Tzeng (2007)., 20

46 6. NEADITIVNE MERE I ODGOVARAJUĆI INTEGRALI Monotone (fazi) mere Neka je A σ - algebra podskupova skupa X. U klasičnoj teoriji mere analiziraju se aditivne skupovne funkcije m: A [0, ] sa osobinom da za A A i disjunktne skupove A B=, važi m(a B) m(b)=m(a) za sve B A koje je disjunktno sa A. Kada je mera neaditivna, m(a B) m(b) za A B=, zavisi od B i može se inerpretirati kao efekat formiranja unije A i B, videti Denneberg (1994), Pap (1995). Za oznaku neaditivne mere koristimo osim m i oznaku μ (ne mešati sa istom oznakom funkcije pripadanja u teoriji fazi skupova). Definicija. Monotona (fazi) mera m na X je monotona skupovna funkcija definisana na A a sa vrednostima u intervalu [0, ] a koja se anulira na praznom skupu. Za detaljnije videti D. Denneberg (1994) i Pap (1995). Primer. Neka je S neprekidna t-konorma. Preslikavanje m: A [0,1] je pseudo-aditivna mera (S-mera), if m( )=0, m(x)=1, te za sve A,B A tako da je A B= važi m(a B)=S(m(A),m(B)). Primer. Neka je X skup svih radnika u radionici i pretpostavimo da oni svi prave isti proizvod. Za A X, uzimamo u obzir situaciju da članovi grupe A rade u radionici. Svaka grupa može raditi na različite načine: različite kombinacije zajedničkog i podeljenog rada. Pretpostavimo da svaka grupa radi na najefikasniji način. Neka μ(a) bude broj proizvoda koju grupa A napravi za sat. Onda je skupovna funkcija μ definisana na skupu svih podskupova skupa X monotona i anulira se na praznom skupu i stoga je to fazi mera, koja nije obavezno aditivna. Neka su A i B disjunktni podskupovi skupa X, i posmatrajmo produktivnost udružene grupe A B. Ako A i B rade odvojeno, onda je μ(a B)= μ(a)+μ(b). Ali, kako oni generalno međusobno utiču jedni na druge, jednakost se možda neće uvek održati. Efektivna saradnja članova A B dovodi do nejednakosti μ(a B) > μ(a)+μ(b). Sa druge strane, nesaglasnost između operacija A i B, tj. nemogućnost odvojenog rada dovodi do suprotne nejednakosti μ(a B)<μ(A)+μ(B). Npr. nesaglasnost je prouzrokovana ograničenim prostorom i(ili) nedovoljnom opremom; dovoljan prostor zajedno sa dovoljnom opremom omogućava da oni odvojeno rade. U navedenom primeru pretpostavka svaka grupa radi na najefikasniji način donosi monotonost na μ. Neka su A i B disjunktni podskupovi od X. Ako su A i B u lošim međusobnim odnosima i ako rade zajedno protiv svoje volje, onda njihova produktivnost može pasti ispod produktivnosti obe te grupe zasebno (pojedinačno); μ(a B)<μ(A) i(ili) μ(a B)<μ(B) Pretpostavka monotonosti ne funkcioniše u takvom slučaju. Najefikasniji način rada jeste isključiti nekoliko kavgadžija iz radionice; u najgorem slučaju svi članovi jedne grupe su isterani. Onda se monotonost odmah vraća μ(a B) μ(a) i μ(a B) μ(b). Sada ćemo posmatrati nula skup u vezi sa fazi merama. Definicija. Neka je μ monotona mera na X. Skup N X se naziva nula skup ako μ(a M)= μ(a), M N, A X. 21

47 Primer. (Nastavlja se na Primer sa radnicima) Pretpostavimo da radnik x 0 ne može sam ni da proizvede neki proizvod ni da pomogne drugim radnicima. Onda je očigledno radnik x 0 pogodan da se nazove nekompetentnim ili nulom. Ova situacija se može izraziti sa μ(a {x 0 })= μ(a), A X i odatle je {x 0 } nula skup. Hibridna teorija korisnosti Ovde je izložen koncept teorije korisnosti kao uopštenja klasičnog pristupa. Osnovni aparat teorije odlučivanja u uslovima neizvesnosti zasnivao se do sada na meri verovatnoće. Međutim, njena praktična primena bila je, i još uvek je, izuzetno ograničena. U cilju generalizacije teorije odlučivanja, a samim tim i teorije korisnosti, bilo je potrebno izaći iz verovatnosnog okvira uopštavajući skupove mera. Ovaj deo rada vezan za teoriju korisnosti baziran je na radu Duboisa, Papa i Pradea (2000), koja se zasniva na hibridnoj verovatnosno-mogućnosnoj meri, a za koju je dokazano da predstavlja granicu opštosti, iznad koje bi se dalje izgubile prirodne osobine korisnosti. Rad Duboisa, Papa i Pradea (2000) razmatra odgovor na postavljeno pitanje, na koji način generalizovati postojeće teorije korisnosti i da li tako dobijeno uopštenje poboljšava primenu ove teorije u praksi. Cilj rada bio je utvrditi odgovarajuću aksiomatiku koja se zasniva na hibridnoj verovatnosno-mogućnosnoj meri, za koju je pokazano da je granica opštosti, iznad koje se dalje gube prirodne osobine korisnosti. Traženi skup aksioma, do kog se došlo u radu, generalizuje do sada poznate i korišćene aksiomatike. Na osnovu postavljenog skupa aksioma došlo se do teoreme reprezentacije za optimističku i pesimističku hibridnu korisnost. Teorijska interpretacija dobijenih funkcija korisnosti data na samom kraju pokazuje da, forma hibridizacije, umnogome otklanja nedostatke poznatih teorija iz prošlosti, što pruža nadu da će se i njen praktični značaj uskoro potvrditi. Aksiomi za hibridnu verovatnosno-mogućnosnu teoriju korisnosti Neka je X={x 1,x 2,,x n } skup izlaza, a Δ(X) skup S-mera definisanih na X. Hibridna mešavina je operacija koja kombinuje dve S-mere m i m' u jednu novu, koju označavamo sa M(m,m';α,β), gde (α,β) Φ S,a = {(α,β) α,β ]0,1[, α+β=1+a or min(α,β) a, max(α,β)=1}, za a [0,1], datu sa M(m,m';α,β) = S(T(α,m), T(β,m')), gde je (S,T) par neprekidnih t-konormi i t-normi, respektivno, koji zadovoljavaju uslovnu distributivnost (U). Ponašanje donosioca odluke sa hibridnom mešavinom se lako interpretirira na osnovu slike koja je data kod karakterizacije para (S,T) kod uslovne distributivnosti. Slede aksiomi za relaciju preferencije h date na Δ(X) koji daju optimističku funkciju korisnosti: H1: Δ(X) je snabdeven sa kompletnim preuređenjem h, tj. h je refleksivno, tranzitivno i kompletno). H2 (Neprekidnost): Ako je m < h m' < h m'', tada α ]a,1[: m'~ h M(m,m'';1+a-α,α), ako su m,m',m''>a; za ostale slučajeve α (0,a]: m' ~ h M(m,m'';1,α). H3 (Nezavisnost): Za m,m',m'' Δ(X) i α,β Φ S,a važi m' h m'' M(m',m;α,β) h M(m'',m;α,β). H4 (Neodređenost): m h m' m h M(m,m';α,1+a-α) h m', α ]a,1[, ako su m,m'>a; m < m' m < h m', za ostale slučajeve. 22

48 Definišemo optimističku funkciju korisnosti za m Δ(X) na sledeći način: gde je u:x U funkcija preferencije koja pridružuje svakoj posledici od X nivo preferencije od U, tako da u -1 (1) u -1 (0). Primetimo da U + očuvava hibridnu mešavinu u smislu da važi, Teorema o reprezentaciji (Optimistička korisnost) Neka je t Δ(X) skup S-mera definisanih nad X i h binarna relacija preferencije na Δ(X). Tada relacija h zadovoljava aksiome {H1,H2,H3,H4} ako i samo ako postoji (i) linearno uređena skala korisnosti U, uz inf(u)=0 i sup(u)=1, (ii) funkcija preferencije u:x [0,1], tako da je m h m' ako i samo ako je m u m', gde je u uređenje u Δ(X) indukovano sa optimističkom funkcijom korisnosti oblika U + (m) = S xi X (T(m(x i ), u(x i )), gde je (S,T) par neprekidnih t-konormi i t-konormi, respektivno, koji zadovoljavaju uslov (U). Neaditivni integrali Ovde će biti reči o savremenim rezultatima vezanim za primenu neaditivnih integrala (Choquetov i Sugenov integral) kao operatora agregacije. Osobine fazi inetegrala kao operatora agregacije proučavaju se već duže vreme, videti Denneberg (1994), Pap (1995). Na polju operatora agregacije, rad sa operatorima baziranih na integralima je u poslednje vreme dobilo na značaju. Pre svega važni su rezultati vezani za Choquetov integral koji predstavlja jednostavan i fleksibilan način agregacije numeričkih vrednosti. To nije iznenađujuće, ako se uzme u obzir da se mnogi operatori agregacije mogu predstaviti kao inategralni operatori na konačnom skupu. Matematički problem koji je posebno zanimljiv jeste vezan za negativne brojeve i za to kako proširiti operatore agregacije, koji su originalno definisani na skupu pozitivnih brojeva, na skup negativnih brojeva. Upotreba diskretnog Sugeno integrala može se sagledati sa dve tačke gledišta: odlučivanje pod nesigurnošću i višekriterijumsko donošenje odluke. Dva problema mogu biti oblikovana na veoma sličan način: stanje prirode u odlučivanju pod nesigurnošću odgovara kriterijumu u drugom problemu. U smislu da ista matematička sredstva koristimo u oba problema, iako su različiti u određenim aspektima. Na primer: broj kriterijuma je ograničen, dok se broj stanja prirode često pretpostavlja da je beskonačan (čak i kontinuum). Analogija između donošenja odluke pod nesigurnošću i višekriterijumskog se ispituje već duže vreme. Fargier i Perny su razmatrali slučaj čiste ordinarne teorije, počinjajući od socijalnog izbora, pa preko čisto ordinarnih postavki za odlučivanje pod nesigurnošću. Ovde, paralela između donošenja odluke pod nesigurnošću i više- 23

49 kriterijumskog ocenjivanja je rasvetljena u postavkama konačnih skala, gde je monotoni niz funkcija, čineći konačan lanac, korišćen da kvalifikuje nesigurnost događaja ili važnost grupe kriterijuma. Choquetov integral U ovom delu uvodimo Choquetov integral. To je proširen običan klasični integral i najprirodniji neaditivni (fazi) integral. Definiciju dajemo za funkciju sa konačnim skupom vrednosti (za beskonačan slučaj videti Denneberg (1994), Pap (1995)). Definicija. Neka je μ monotona mera na X a f funkcija definisana na X a sa vrednostima u skupu nenegativnih realnih brojeva a sa skupom vrednosti {a 1,a 2,...a n }, gde je a 1 <a 2 <...a n. Choquetov intergral (C) f(x)dμ(x) za konačan slučaj (ili jednostavno (C) fdμ) se definiše (a 0 =0). Primer (nastavak primera sa početka poglavlja neaditivnih mera o radnicima). Neka je X={x 1,x 2,...x n }. Jedan dan svaki radnik x i radi f(x i ) sati od početka radnog vremena. Bez gubitka opštosti možemo pretpostaviti da f(x 1 ) f(x 2 )... f(x n ). Onda imamo za i 2 f(x i ) f(x i-1 ) 0 i f(x i ) = f(x 1 )+[f(x 2 ) f(x 1 )]+[f(x 3 ) f(x 2 )]+...+[f(x i ) f(x i-1 )]. Sada skupimo sve radne sate svih radnika na sledeći način. Prva grupa X sa n radnika radi f(x 1 ) sati, sledeća grupa X {x 1 }={x 2,x 3,...x n } rade f(x 2 ) f(x 1 ), onda grupa X {x 1,x 2 }={- x 3,x 4,...x n } radi f(x 3 ) f(x 2 ) sati... i napokon radnik x n radi f(x n ) f(x n-1 ) sati. Odatle, kako grupa A X proizvodi količinu μ(a), ukupan broj proizvoda koji radnici proizvedu je izražen na sledeći način: gde je f(x 0 )=0. Ovo nije ništa drugo do Choquetov integral od funkcije f. 24

50 Choquetov integral (C) na podskupu A je dat sa. Choquet-ov integral ima sledeće osobine. Teorema. Neka su f i g funkcije na X i A X. (i) (C) 1 A dμ = μ(a); (ii) Ako je μ fazi mera a f g onda (C) fd μ (C) gd μ; (iii) Ako je a nenegativni realan broj, a b je realan broj, onda (C) (af + b)d μ = a (C) fd μ + b μ(x); (iv) (C) ( f)d μ = (C) fd μ; (v) (C) ( f)d μ = (C) fd μ za sve funkcije f na X ako i samo ako μ=μ; (vi) (C) fd μ = (C) f + d μ (C) f d μ, gde je f + = max{f(x),0} i f = min{ f(x),0}; (vii) Ako je a realan broj onda (C) fd(a μ) = a (C) f dμ; (viii) Ako su μ i ν fazi mere na X takve da je μ ν i μ(x) = ν (X), onda za sve funkcije f na X (C) fd μ (C) f dν; (ix) Ako je M nula skup i ako je f(x) = g(x) za svako x koje ne pripada M, onda (C) fd μ = (C) gd μ. Choquetov integral ima veliku ekspresivnu moć; može predstavljati nekoliko važnih veličina (mera), npr. može predstavljati maximum, minimum, infimum i supremum, te mnoge funkcije agregacija, videti Grabisch i dr. (2009). Pokazaćemo sada na primeru kako se pomoću Choquetovog integrala rešavaju problemi kada se kriterijumi preklapaju, što je nemoguće razrešiti npr. aritmetičkom sredinom sa težinama. Primer. Pogledajmo na jednostavnom primeru rangiranja studenata, kako možemo da koristimo Choquetov integral. U tabeli su data tri studenta fakulteta sa osvojenim prosečnim brojem bodova. matematika fizika književnost prosek bodova Mia Danijela Milan Prema ovoj tabeli redosled je Mia, Milan, Danijela. Na fakultetu je odlučeno da se do rang-liste više ne dolazi računanjem aritmetičke sredine već da se u obzir uzima i važnost predmeta, prema sledećim kriterijumima (interakcija između znanja iz predmeta): 1. Da se znanje iz matematike ili fizike vrednuje više nego znanje iz književnosti. 2. Da se znanje iz fizike i matematike ne vrednuju posebno, pošto je obično student dobar u fizici dobar i u matematici. 3. Da se sa dobrim znanjem iz matematike ili fizike favorizuje i znanje iz književnosti. 25

51 Mera m koliko je važan koji predmet. Skup X={M,F,K}, sa vrednostima mera m({m}) = m({f}) = 0,45 m({k}) = 0,3 m({m,f}) = 0,5 m({m,k}) = m({m,f}) = 0,9 m({m,f,k}) = 1 m({0}) = 0 Treba definisati funkciju ocene za svakog studenta i izračunati Choquetov integral. Tako imamo za Miu: f A (M) = 18, f A (F) = 16, f A (K) = 10 A 1 ({x, f A (x) 10}) = X, A 2 = {M,F}, A 3 = {M}, te konačno Za Danijelu imamo: f A (M) = 10, f A (F) = 12, f A (K) = 18 A 1 ({x, f A (x) 10}) = X, A 2 = {K,F}, A 3 = {K}, te konačno Za Milana imamo: f A (M) = 14, f A (F) = 15, f A (K) = 16 A 1 ({x, f A (x) 10}) = X, A 2 = {K,F}, A 3 = {K}, te konačno Uporedimo dobijene rezultate sa starim rangiranjem: Choquet prosek bodova Mia Danijela Milan Sada je redosled Milan, Mia, Danijela. Za više detalja o Choquetovom integralu videti Denneberg (1994), Pap (1995), Grabisch i ostali (2009). Sugenov integral Sugenov integral definišemo ovde samo za funkciju sa vrednostima u [0,1] i normalizovane fazi mere. 26

52 Definicija. Neka je μ normalizovana fazi mera na X a f funkcija na X sa nizom {a 1,...,a n } gde je 0 a 1... a n 1. Sugenov integral f(x) μ(x) (ili jednostavno f μ) se definiše kao (konačan slučaj) Sugenov integral ima sledeće osobine: Teorema. Neka su μ i ν normalizovane fazi mere, f, g : X [0,1], A X, a [0,1] (i) 1 A μ = μ(a), (ii) Ako je f g, onda je f μ g μ, (iii) (a f) μ a ( f μ) (iv), (v) Ako je μ 0-1 fazi mera onda f μ = (C) fdμ, (vi) Ako je μ ν, onda je f μ f ν, (vii) f (μ ν) = ( f μ) ( f ν), (viii) Ako je N nula skup, i ako je f(x) = g(x) za svako x N onda f μ = g μ. Iz tvrdnji (v) i (vi) sledi za svaku normalizovanu fazi meru μ na X i za svaku funkciju f : X [0,1] Za više detalja videti Pap (1995), Grabisch i ostali (2009), Wang, Klir (1992), D. Denneberg (1994). ZAKLJUČAK U radu je dat kratak pregled matematičkih metoda u teoriji odlučivanja vezanih za donošenje odluka u neodređenim kompleksnim sistemima sa ukazivanjem na literaturu u kojoj se detaljnije razrađuju navedene metode. Postoje razni softveri vezani za primene funkcija agregacije. Osim već spomenutog VIKOR metoda i njegove fazi modifikacije, jedan program za identifikaciju odgovarajuće funkcije agregacija je AOTool deakin.edu.au/ gleb/aotool.html. Za identifikaciju fazi mere prilikom korišćenja Choquetovog integrala koristan je paket Kappalab ivan/kappalab. 27

53 LITERATURA J. Aczel (1996). Lectures on Functional Equations andtheir Applications. New York, Academic Press, E. Antonsson, K. Otto (1995). Imprecision in Engineering Design, ASME Journal of Mechanical Design, jun, K. J. Arrow (1963). Social Choice and Individual Values, 2. ed., Yale University Press, New Haven, CT. B. Bouchon-Meuner (Ed.) (1998). Aggregation and Fusion of Imperfect Information, Springer-Verlag, Heidelberg, D. Denneberg (1994). Non-additive Measure and Integral, volume 27 of Theory and Decision Librarary. Series B: Mathematical and Statistical Methods, Kluwer Academic Publishers Group, Dordrecht. D. Dubois, E. Pap, H. Prade (2000). Hybrid probabilistic-possibilistic mixtures and utility functions, (Eds. B. De Baets, J. Fodor, P. Perny) Preferences and Decisions under Incomplete Knowledge, Springer-Verlag, P. Fishburn (1970). Utility Theory for Decision Making, J. Wiley and Sons, J. C. Fodor, M. Roubens (1994). Fuzzy Preference Modeling and Multi--Criteria Decision Aid, Kluwer Academic Publisher, Dordrecht. J. C. Fodor, R. R. Yager, A. Rybalov (1997). Structure of uninorms, International J. Uncertain. Fuzziness Knowledge-Based Systems 5, M. Grabisch, T. Murofushi, M. Sugeno (Eds.) (2000). Fuzzy Measures and Integrals- Theory and Applications, volume 40 of Studies in Fuzziness, Physica-Verlag, Heidelberg. M. Grabisch, H. T. Nguyen, E. A. Walker (1995). Fundamentals of Uncertainity Calculi with Application to Fuzzy Inference, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/Boston/London. M. Grabisch, J. L. Marichal, R. Mesiar, E. Pap (2009). Aggregation Operators, Cambridge University Press. K. Ishii, M. Sugeno (1985), A Model of Human Evaluation Process Using Fuzzy Measure, Int. J. Man Machine Studies 22, E. P. Klement, R. Mesiar, E. Pap (1996). On the Relationship of Associative Compensatory Operators to Triangular Norms and Conorms, Internat. J. Uncertain., Fuzziness and Knowledge Based Systems 4, E. P. Klement, R. Mesiar, E. Pap (2000a). Triangular Norms, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. E. P. Klement, R. Mesiar, E. Pap (2000b). Integration with respect to decomposable measures, based on a conditionally distributive semiring on the unit interval. Internat. J. Uncertain. Fuzziness Knowledge-Based Systems 8 (2000), R. D. Luce, H. Raiffa (1958). Games and Decisions, John Wiley&Sons, Inc, New York. T. Murofushi, M. Sugeno (1993). Some quantities represented by the Choquet integral, Fuzzy Sets and Systems 56, R. B. Nelsen (1999). An Introduction to Copulas, volume 139 Lecture Notes in Statistics, Springer-Verlag, New York. 28

54 Đ. Obradović, Z. Konjović, E. Pap, N. Ralević (2011). The maximal distance between imprecise point objects, Fuzzy Sets and Systems 170, Đ. Obradović, Z. Konjović, E. Pap, I. J. Rudas (2013). Linear Fuzzy Space Based Road Lane Detection, Knowledge Based Systems 38, S. Opricović, G. H. Tzeng (2004). The Compromise solution by MCDM methods: A comparative analysis of VIKOR and TOPSIS. European Journal of Operational Research, 156(2), S. Opricović, G. H. Tzeng (2007). Extended VIKOR method in comparision with outranking methods. European Journal of Operational Research, 178, K. Otto, E. Antonsson (1991). Trade-Off Strategies in Engineering Design, Research in Engineering Design 3 (2), E. Pap (1995). Null-Additive Set Functions, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht. E. Pap (1997). Pseudo-analysis as a mathematical base for soft computing, Soft Computing, E. Pap (1999). Fazi mere i njihova primena, Univerzitet u Novom Sadu, Novi Sad. E. Pap (2000). Pseudo-convolution and its applications, Chapter in Monograph (Eds. M. Grabisch, T. Murofushi, M. Sugeno) Fuzzy Measures and Integrals-Theory and Applications, volume 40 of Studies in Fuzziness, Physica-Verlag, Heidelberg, [30] E. Pap (2002a). Aggregation operators in the engineering design, (Eds. C. Tomasa, G. Mayor, R. Mesiar) volume 97 of Studies in Fuzziness and Soft Computing, Springer-Verlag, E. Pap (2002b). Handbook of Measure Theory, Volume I, II, Elsevier, North-Holland. D. Pavličić (2004). Teorija odlučivanja, Ekonomski fakultet, Beograd. J. Quiggin (1993). Generalized Expected Utility Theory, Kluwer Academic, T. L. Saaty (1978). Exploring the interfaces between hierarchies, multiple objectives and fuzzy sets, Fuzzy Sets and Systems 1, B. Tapan (1997). Decision Making under Uncertainty, Macmillan Press, London. J. von Neumann, O. Morgenstern (1944). Theory og Games and Economic Behaviour. Princeton University Press, Princeton, NJ. Z. Wang, G. J. Klir (1992). Fuzzy Measure Theory, Plenum Press, New York and London. 29

55 SUMMARY There are represented elements of normative theory of decision in systems under uncertain conditions. When making the decision usually encounter the following types of uncertainties: ignorance of the phenomenon; imprecision of measurement; the vagueness of language; subjective assessment. These uncertainties are mathematicaly modeled by probability theory and statistics, and newer mathematical methods as theory of fuzzy sets and fuzzy logics, and nonadditive measures and integrals based on them. They use a rich theory of aggregation functions, including important aggregation functions as triangular norms and conorms, uninorms and copulas. Section 2 is a brief overview of the classical decision theory, classification and decision making under conditions of certainty, under conditions of complete uncertainty, and in terms of risk, which points out the importance of Bayes Theorem when we wish to obtain additional information, and the classical theory of utility. In section 3, as an important tool of decision making, we give some elements of the general theory of aggregation functions. Aggregation function (operator) is a function such that the following hold (i) A(x 1,x 2,...,x n ) A(y 1,y 2,...,y n ) when x i y i for every i {1,2,...,n}, (ii) A(x) = x for every x [0,1], (iii) A(0,0,...,0)=0 and A(1,1,...,1). Very often, the aggregation operators are classified in three classes: conjunctive, disjunctive and internal operators, depending on whether the value of the operator is always less than the minimum or greater than the maximum or between the minimum and maximum arguments, respectively. Internal aggregation operators are often called compensatory operators in this case the bad (or good ) result of one criterion can be compensated with good (or bad) results of the second criterion, so that the final result is an average value. Section 4 is devoted to special important aggregation functions: triangular norms and i conorms, uninorms and copulas. A function T : [0,1] 2 [0,1] is triangular norm (briefly t-norm) if for every x, y, z [0,1] we have (T1) T(x, y) = T(y, x)(commutativity), (T2) T(T(x, y), z) = T(x, T(y, z)) (associativity), (T3) x y T(x, z) T(y, z) (monotonicity), (T4) T(x,1) = x (neutral element 1). Four basic t-norms are: T M (x, y) = min(x, y), minimum t-norm, T P (x, y) = x y, product t-norm, T L (x, y) = max(x + y 1,0), Lukasiewicz t-norm, A function S : [0,1] 2 [0,1] is t-conorm if there exists a t-norm T such that for every (x, y) [0,1] 2 we have S(x, y) = 1 T(1 x,1 y). T conditionaly distributive over S if for every x, y, z [0,1] we have T(x, S(y, z)) = S(T(x, y),t(x, z)) (U), under the condition S(y,z) < 1 (Klement, Mesiar, Pap (2000a)). Twodimensional copula is a binary operation C: [0,1] 2 [0,1] such that for every x, x*, y, y* [0,1] with the property x* and y y*, we have C(x,y) + C(x*,y*) C(x,y*) + C(x*,y), C(x,0)=C(0,x)=0, C((x,1)=C(1,x)=x. The importance of copulas is stressed by Sklar theorem: Let X and Y be random variables (with marginal distribution functions FX, FY, respectively), with joint distribution function 30

56 HXY. Then there exists a copula C, such that HXY(x,y)= C(FX(x), FY(y)). If FX and FY are continuous functions, then C is unique. Contrary, if FX and FY are distribution functions for random variables X and Y, then the function HXY given by the previous formula is the joint distribution function for random vector (X,Y) with marginal distribution functions FX and FY. In section 5 there are introduced fuzzy sets and operations with them. In the classical set theory, a subset A of X is completely given by its characteristic function χ A : X {0,1}, which is zero if the element does not belong to A, and has a value of one if the set A. In order to describe situations when it is not clear whether an element belongs to the set it is introduced a generalization of the set in the sense that the affiliation element is given by a certain degree. Fuzzy subset A of X is given by membership function μ A : X [0,1], where the value μ A (x) is interpreted as a degree of pripadanja x X to fuzzy set A, see Klement, Mesiar, Pap (2000a), Pap (1999). Section 6 is devoted to very actual area of nonadditive measures and integrals based on them as Choquet and Sugeno integral. Monotone (fuzzy) measure on X is a monotone set function deined on A and with values in [0, ], and which is zero on empty set. For more details see D. Denneberg (1994) i Pap (1995). Special attention is taken on hybrid utility theory as generalization of the classical approach. The basic mathematical tool under uncertainty was based on the probability. However, its practical application has been, and still is, extremely limited. In order to generalize the decision theory, and therefore the utility theory, it was necessary to get out of probability framework generalizing the set of measures. This part of the paper is based on the work of Duboisa, Papa i Pradea (2000), which is related to hybrid probabilistic possibilistic measure, for which it is proved that it is a limit in the generalization, under which there would be lost the properties of the utility function. The paper of Duboisa, Papa i Pradea (2000) gives answer on the question, how to generalize the existing theory of utility and if so obtained generalization improves the application of this theory in practice. The aim of the study was to determine the appropriate axiomatic that is based on a hybrid probabilistic possibilistic measure. In applications there are important integrals based on non-additive measures. We highlight two types of integrals for finite cases. Let μ be a monotone measure on X and f a function defined on X and with values in the set of nonegative real numbers and with finite set of values {a 1,a 2,...,a n }, where a 1 <a 2 <... <a n. Choquet integral (C) f (x)dμ(x) for the finite case (or simply (C) fd μ) is defined by. Let μ be normalized fuzzy measure on X and f is a function on X with values {a 1,...a n }, where 0 a 1... a n 1. Sugeno integral f (x) μ(x) (or briefly f μ) is given by (finite case). We have given in this paper a short overview of mathematical methods in the theory of decision related to decision making in uncertain complex systems giving further references for more details on the presented methods. There are many different software for applications of aggregation functions. Apart from the already mentioned VIKOR method and its fuzzy modification, a program for the identification of the proper aggregation 31

57 32 functions is AOTool gleb/aotool.html. For the identification of fuzzy measure for the application of Choquet integral it is useful the package Kappalab ivan/kappalab. Keywords. Decision theory, probability, aggregation function, triangular norm, fuzzy set, nonadditive measure, Choquetov integral, Sugeno integral.

58 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Milorad Miloradov*, Serafim Opricović**, Mirjana Vojinović-Miloradov*** ISTRAŽIVANJE MOGUĆNOSTI PRIMENE VIŠEKRITERIJUMSKE OPTIMIZACIJE NA UPRAVLJANJE KOMUNALNIM OTPADOM REZIME: Istražene su mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom. Navedeni su značajniji zadaci odlučivanja u oblasti upravljanja otpadom za čije rešavanje se predlaže metoda VIKOR za višekriteijumsku optimizaciju. Određivanje valjanog najpovoljnijeg rešenja vrši se na osnovu zadovoljenja ciljeva o zaštititi životne sredine, poboljšanju efikasnosti funkcionisanja sistema, uz povećanje dobiti i smanjivanje novčanih izdataka. Obično su ovakvi ciljevi konfliktni, zato se zadaci rešavaju višekriterijumskom optimizacijom. Primenljivost višekriterijumske optimizacije je potvrđena rešavanjem dva zadatka: izbor sistema za tretman komunalnog otpada i izbor lokacije za regionalnu deponiju. Ključne reči: višekriterijumska optimizacija, metoda VIKOR, upravljanje komunalnim otpadom. 1. UVOD Pokrajinski sekretarijat za nauku i tehnološki razvoj prihvatio je predlog da Akademija (ANKUV) realizuje projekat Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini od osam tema, uključujući temu Istraživanje mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom. Sekretarijat je sufinansirao realizaciju ovog projekta. Tema Istraživanje mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom proizašla je iz rezultata rada na temi Tehnološki razvoj u oblasti zaštite životne sredine i upravljanja otpadom u okviru projekta (Projekat RAZ- APV, 2013). U pomenutom projektu obrađeni su osnovni principi tehnološkog razvoja u oblasti zaštite životne sredine i upravljanja otpadom. Prikazani su načela, prioriteti i tendencije u zaštiti životne sredine i upravljanju otpadom u cilju zaštite životne sredine, * Akademija nauka, kultura i umetnosti Vojvodine (ANKUV), Novi Sad; milons@eunet.rs ** Profesor u penziji, Univerzitet u Beogradu, istraživanje u ANKUV-u; seropric@yahoo.com *** Profesor emeritus, Fakultet tehničkih nauka, Univerzitet u Novom Sadu; miloradov@uns.ac.rs 33

59 kao i tendencije u EU, prema strateškim dokumentima. Prikazani su i osnovni principi pravaca tehnološkog razvoja u oblasti upravljanja otpadom kao sekundarnim sirovinama i izvorom energije i u cilju zaštite životne sredine. Predložena je višekriterijumska optimizacija za određivanje kompromisnog rešenja kao potencijalna metodologija za analizu mogućnosti razvoja i za utvrđivanje strateških pravaca tehnološkog razvoja u oblasti zaštite životne sredine i upravljanja otpadom. Značaj upravljanja otpadom definisan je u mnogim strateškim dokumentima. Nacionalna strategija održivog razvoja (Strategija O-RAZ, 2008) definiše održivi razvoj kao uspostavljanje balansa ekonomskog rasta, zaštite životne sredine i socijalne ravnoteže za sadašnje i buduće generacije. Jedan od ciljeva održivog razvoja je smanjenje nastajanja otpada i izgradnja infrastrukture za upravljanje otpadom, uz donošenje propisa regionalnih i lokalnih planova upravljanja otpadom. Strategija upravljanja otpadom za period (Strategija UO, 2010) ukazuje na principe upravljanja otpadom koji su zajednički svim direktivama EU u ovoj oblasti i relevantni su u procesu planiranja upravljanja otpadom. Zakonom o upravljanju otpadom (Zakon UO, 2009) uređuju se vrste i klasifikacija otpada, planiranje upravljanja otpadom, subjekti, odgovornosti i obaveze u upravljanju otpadom, upravljanje posebnim tokovima otpadom, uslove i postupak izdavanja dozvola, prekogranično kretanje otpada, izveštavanje, finansiranje upravljanja otpadom, nadzor i druga pitanja od značaja za upravljanje otpadom. Upravljanje otpadom je delatnost od opšteg interesa, a podrazumeva sprovođenje propisanih mera za postupanje sa otpadom u okviru sakupljanja, transporta, skladištenja, tretmana i odlaganja otpada, uključujući nadzor nad tim aktivnostima i brigu o postrojenjima za upravljanje otpadom posle zatvaranja. Posebno načelo Hijerarhija upravljanja otpadom definiše prioritete u praksi upravljanja otpadom: prevencija stvaranja otpada, redukcija stvaranja otpada, separacija-primarna selekcija, ponovno korišćenje proizvoda, reciklaža, sekundarne sirovine, kompostiranje (đubrivo), spaljivanje uz iskorišćenje energije, spaljivanje bez iskorišćenja energije ili odlaganje otpada deponovanjem, ako ne postoji drugo rešenje. Neadekvatno upravljanje raznim vrstama otpada je glavni uzrok zagađivanja vazduha, vode i zemljišta. Zato je izbor tehnologije upravljanja otpadom veoma značajan zadatak koji se rešava za svaki konkretan sistem (Glava 5). Zakonodavstvo EU je dalo više direktiva u oblasti upravljanja otpadom. Tematska strategija EU o prevenciji i reciklaži otpada, poznata kao Tematska strategija EU o otpadu, ima za cilj sprečavanje nastajanja otpada, kao i korišćenje otpada kao resursa, pre svega za dobijanje sekundarnih sirovina i energije. U Okvirnoj direktivi o otpadu zemlje članice se obavezuju da naprave plan upravljanja otpadom. Direktiva Saveta 99/31/EC o deponijama ima za cilj da se uvođenjem strogih tehničkih zahteva redukuju negativni 34

60 efekti odlaganja otpada na životnu sredinu, naročito na zemljište, podzemne i površinske vode, kao i efekti na zdravlje stanovništva. U radu (Šooš i Murgašová, 2013) EU Direktive su svrstane u tri nivoa. Na prvom nivu su osnovne koje reprezentuju osnovne principe, definicije i strateške ciljeve. Drugi nivo reguliše aktivnosti tretmana otpada, uključujući spaljivanje otpada i deponovanje. Na trećem nivou su one koje regulišu specifične tokove otpada. Evropska komisija je ukazala na značaj upravljanja otpadom i predviđenim finansiranjem teme HORIZON 2020, WASTE : Promoting eco-innovative waste management and prevention as part of sustainable urban development. Rast produkcije otpada u Evropi predstavlja koštanje za zajednicu i teret za okolinu, a istovremeno vrednu zalihu resursa koja se može iskoristiti. Traži se razvoj inovativnih i održivih strategija za prevenciju i upravljanje u urbanim sredinama, kao i poboljšanje naučno-zasnovanog odlučivanja i planiranja za upravljanje otpadom, sprečavanje rizika i korišćenje zemljišta kao integralnog dela urbanog planiranja. Za rešenja trebalo bi koristiti merljive kvantitativne i kvalitativne indikatore (kriterijume). Nacionalna strategija za aproksimaciju u oblasti životne sredine za Republiku Srbiju (Strategija Aprok. ZŽS, 2011) razmatra i stanje u oblasti upravljanja otpadom. Navodi se da Zakonodavstvo Republike Srbije koristi koncepte koji nisu u potpunosti usaglašeni sa onim koji se koriste u EU. Planirane odredbe Zakona o upravljanju otpadom nedovoljno obrađuju obavezu izrade Planova o upravljanju otpadom. Izgradnja adekvatnih regionalnih deponija u skladu sa pravilima EU je potrebna da bi se maksimalno umanjile negativne posledice po životnu sredinu nastale odlaganjem otpada. Treba ozbiljno razmotriti mogućnost izgradnje mehaničko biološkog postrojenja za tretman otpada ili postrojenja za spaljivanje kada su u pitanju velike količine otpada (npr. Beograd i Novi Sad). Nakon početka rada novih sanitarnih deponija postojeće deponije treba odmah zatvoriti i izvršiti remedijaciju zagađenog zemljišta. Održivo rešenje upravljanja otpadom trebalo bi da obezbedi balans ekonomskih efekata, zaštite životne sredine i socijalne ravnoteže za sadašnje i buduće generacije. Ovi složeni ciljevi se izražavaju pomoću kriterijumskih funkcija i zadatak upravljanja se formuliše kao problem višekriterijumske optimizacije. Višekriterijumska optimizacija je doživela puni razvoj kroz primenu za rešavanje prvenstveno problema u oblasti zaštite okoline, a inicirana je u oblastima matematike i ekonomije. Pogoršani kvalitet vazduha i voda (površinskih i podzemnih) i ostali loši uticaji na prirodnu okolinu zahtevali su višekriterijumsku optimizaciju infrastrukturnih sistema koja daje rešenje na osnovu više kriterijuma, uključujući i zastitu životne sredine. Metoda VIKOR je razvijena kao metoda višekriterijumske optimizacije za određivanje kompromisnog rešenja u oblasti upravljanja otpadom (Glava 4). U ovom tekstu novog projekta obrađuju se mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom. Posle uvoda, u drugoj glavi ovog teksta prikazano je postojeće stanje upravljanja otpadom. U trećoj glavi razmatraju se značajniji zadaci odlučivanja u oblasti upravljanja otpadom. Višekriterijumska optimizacija i metoda VIKOR za određivanje kompromisnog rešenja predložene su u četvrtoj glavi kao potencijalna metodologija odlučivanja za rešenja u oblasti upravljanja otpadom. U petoj glavi je prikazano postojeće stanje upravljanja otpadom i razmatrani su 35

61 postojeći postupci odlučivanja u dosadašnjoj praksi tretmana otpada. Zatim je pokazana primena višekriterijumske optimizacije i rezultati primene metode VIKOR za izbor sistema za tretman komunalnog čvrstog otpada na području Novog Sada. U šestoj glavi prikazana je mogućnost primene VIKOR-a za izbor lokacije za regionalnu deponiju, a na početku su prikazani i postojeći postupci odlučivanja. Poslednja glava je Zaključak. Dat je i spisak korišćene literature. 2. POSTOJEĆE STANJE UPRAVLJANJA OTPADOM Narodna Skupština i Vlada obezbeđuju zakonski okvir za održivo upravljanje otpadom, kao i ekonomske instrumente za sprovođenje upravljanja otpadom i utiču na razvijanje javne svesti i uspostavljanje dijaloga između zainteresovanih strana u cilju uspostavljanja partnerstva u upravljanju otpadom. Nadležni organi i organizacije za upravljanje otpadom su: Ministarstvo nadležno za životnu sredinu (u daljem tekstu: ministarstvo) i druga nadležna ministarstva; Nadležni organ Autonomne Pokrajine; Nadležni organ jedinice lokalne samouprave; Agencija za zaštitu životne sredine (u daljem tekstu: Agencija); Fond za zaštitu životne sredine (u daljem tekstu: Fond); Stručne organizacije za ispitivanje otpada. Ministarstvo: Predlaže Vladi Strategiju upravljanja otpadom, kao i pojedinačne nacionalne planove upravljanja različitim tokovima otpada; Priprema i donosi izvršne propise za sprovođenje zakona; Koordinira i vrši poslove upravljanja otpadom od značaja za Republiku i prati stanje; Daje saglasnost na regionalne planove upravljanja otpadom osim za planove na teritoriji Autonomne Pokrajine; Izdaje dozvole, saglasnosti, potvrde i druge akte propisane zakonom; Vodi evidenciju o dozvolama, saglasnostima, potvrdama i drugim aktima koje su izdali drugi nadležni organi; Utvrđuje ovlašćene organizacije u skladu sa zakonom; Vrši nadzor i kontrolu primene mera postupanja sa otpadom; Preduzima druge mere i aktivnosti u skladu sa međunarodnim ugovorima i sporazumima. Nadležni organ Autonomne Pokrajine: Učestvuje u izradi Strategije upravljanja otpadom i pojedinačnih nacionalnih planova upravljanja otpadom; Donosi Plan upravljanja otpadom za pojedine vrste otpada od značaja za Autonomnu Pokrajinu u skladu sa Strategijom i nacionalnim planom; 36

62 Koordinira i vrši poslove upravljanja otpadom od značaja za Autonomnu Pokrajinu i prati stanje; daje saglasnost na regionalne planove upravljanja otpadom na svojoj teritoriji; Izdaje dozvole, saglasnosti, potvrde i druge akte u skladu sa zakonom, vodi evidencije i podatke dostavlja ministarstvu; Vrši nadzor i kontrolu primene mera postupanja sa otpadom na svojoj teritoriji; Vrši druge poslove utvrđene zakonom. Nadležni organ jedinice lokalne samouprave: Donosi lokalni plan upravljanja otpadom, obezbeđuje uslove i stara se o njegovom sprovođenju; Uređuje, obezbeđuje, organizuje i sprovodi upravljanje komunalnim, odnosno inertnim i neopasnim otpadom na svojoj teritoriji; Uređuje postupak naplate usluga u oblasti upravljanja komunalnim, odnosno inertnim i neopasnim otpadom; Izdaje dozvole, odobrenja i druge akte u skladu sa zakonom, vodi evidenciju i podatke dostavlja ministarstvu; Na zahtev ministarstva ili nadležnog organa Autonomne Pokrajine daje mišljenje u postupku izdavanja dozvola; Vrši nadzor i kontrolu primene mera postupanja sa otpadom u skladu sa zakonom, kao i druge poslove utvrđene zakonom. Strategija upravljanja otpadom za period (Strategija UO, 2010): određuje osnovnu orijentaciju upravljanja otpadom za naredni period, u saglasnosti sa politikom EU u ovoj oblasti i strateškim opredeljenjima Republike Srbije; usmerava aktivnosti harmonizacije zakonodavstva u procesu približavanja zakonodavstvu EU; identifikuje odgovornosti za otpad i značaj i ulogu vlasničkog usmeravanja kapitala; postavlja ciljeve upravljanja otpadom za kratkoročni i dugoročni period; utvrđuje mere i aktivnosti za dostizanje postavljenih ciljeva. Za dostizanje ciljeva održivog razvoja, u skladu sa Nacionalnom strategijom održivog razvoja, potrebno je: racionalno korišćenje sirovina i energije i upotreba alternativnih goriva iz otpada, smanjenje opasnosti od nepropisno odloženog otpada za buduće generacije, osiguranje stabilnih finansijskih resursa i podsticajnih mehanizama za investiranje i sprovođenje aktivnosti prema principima zagađivač plaća i/ili korisnik plaća, uspostavljanje jedinstvenog informacionog sistema o otpadu, povećanje broja stanovnika obuhvaćenih sistemom sakupljanja komunalnog otpada, uspostavljanje standarda i kapaciteta za tretman otpada, smanjenje, ponovna upotreba i reciklaža otpada, razvijanje javne svesti na svim nivoima društva o problematici otpada i dr. Komunalni otpad koji se organizovano sakuplja odlaže se na 164 zvanično registrovane, opštinske deponije. Ne postoji nikakav prethodni tretman otpada pre odlaganja. Zemljište na kojem se deponije nalaze je najčešće u svojini Republike Srbije. Starost de- 37

63 38 ponija varira od 4 godine (Bačka Palanka Obrovac, Bela Palanka, Malo Crniće, Pančevo i Tutin) do 53 godine (deponija u Silbašu, opština Bačka Palanka, koja je u funkciji od godine). Na području AP Vojvodine postoji 43 registrovane komunalne deponije, od kojih samo dve zadovoljavaju uslove sanitarne zaštite. Ostalo su smetlišta od kojih 18 ne zadovoljava ni minimalne uslove zaštite. U Republici Srbiji ne postoji sistemski organizovano odvojeno sakupljanje, sortiranje i reciklaža otpada. Postojeći stepen reciklaže, odnosno iskorišćenja otpada je nedovoljan. Mada je primarna reciklaža u Srbiji propisana zakonom i predviđa odvajanje papira, stakla i metala u posebno označene kontejnere, reciklaža ne funkcioniše u praksi. Izuzetak čini jedno postrojenje za separaciju reciklabilnog otpada u Novom Sadu. U Republici Srbji, međutim, postoje registrovana 302 privredna subjekta za poslove sakupljanja, tretmana, uvoza i izvoza sekundarnih sirovina. Ovi privredni subjekti se većim delom bave sakupljanjem i prometom industrijskih sekundarnih sirovina. Najveći broj registrovanih privrednih subjekata je u Beogradu 65, a zatim slede Južnobački okrug sa 31 i Moravički okrug sa 25 privrednih subjekata. Najveći broj privrednih subjekata je registrovan za reciklažu metalnog otpada 211. Pored toga, 4 privredna subjekta bave se isključivo otpadnim olovnim akumulatorima. Postoji nekoliko postrojenja za reciklažu posebnih tokova otpada: otpadnih guma, otpadnih ulja, plastike i PET-a. Za postupanje sa otpadnom plastikom registrovano je 29 privrednih subjekata, za otpadni papir i karton 16 privrednih subjekata, za otpadne gume 14 privrednih subjekata, za otpadni tekstil 6 privrednih subjekata, za stakleni krš 2 privredna subjekta, a za reciklažu toner kaseta 8 privrednih subjekata. Jedno preduzeće je registrovano za korišćenje otpadnih guma kao alternativnog goriva. Postrojenja za tretman otpada životinjskog porekla otvorenog tipa su u Somboru, Beogradu, Ćupriji, Zrenjaninu, Bačkoj Topoli, Sremskoj Mitrovici i Vrbasu. Ocenjeno je da stanje u upravljanju otpadom nije zadovoljavajuće i pored aktivnosti koje se preduzimaju. Identifikovani su sledeći problemi u upravljanju otpadom u Republici Srbiji: nedovoljna infrastruktura za tretman i odlaganje otpada, zajedničko odlaganje komunalnog i opasnog otpada iz domaćinstava, nedostatak podataka o sastavu i tokovima otpada, nepostojanje postrojenja za skladištenje, tretman i odlaganje opasnog otpada, zagađenje zemljišta, površinskih i podzemnih voda otpadom. Prema Nacionalnoj strategiji upravljanja otpadom iz godine, predviđeno je zatvaranje i rekultivacija postojećih smetlišta i izgradnja 29 regionalnih sanitarnih deponija, sa centrima za separaciju reciklabilnog otpada i transfer stanicama. To rešenje obuhvata i formiranje 17 reciklažnih centara, 7 centara za kompostiranje i 4 spalionice komunalnog otpada. Nažalost najveći broj ovih zadataka nije realizovan u predviđenom roku do godine. U Strategiji UO (2010) prikazana je planirana mreža regionalnih centara za upravljanje komunalnim otpadom. Za svaki planirani regionalni centar dat je njegov sledeći sastav: Lokalna samouprava koja je nosilac aktivnosti izgradnje regionalnog centra za upravljanje komunalnim otpadom i ostale opštine koje čine Regionalni centar za upravljanje otpadom sa sledećim podacima: broj stanovnika (2002) i količina otpada, t/god. (2009).

64 Do godine realizovan je manji broj regionalnih centara ali ni oni ne funkcionišu u celini, jer je fond za zaštitu životne sredine, kao izvor sredstava za finansiranje regionalnih centara ukinut, a lokalne uprave nemaju izvore drugih sredstava za njihovo funkcinisanje, niti su spremne da podrže njihov rad. Rokovi za implementaciju aktivnosti i mera iz akcionih planova strateških dokumenata većinom su prošli. Problemi nastaju zbog nepostojanja izvora finansiranja centara, a postojeće cene komunalnih usluga za čistoću su potpuno neekonomske i ne mogu da pokriju troškove izgradnje i održavanja regionalnih centara. Neophodno je da državni organi detaljno sagledaju problematiku izgradnje i funkcionisanja (održavanja) sa svim troškovima i donesu adekvatne ekonomske i organizacione mere koje će omogućiti lokalnim samoupravama da pristupe sklapanju sporazuma o izgradnji i funkcionisanju regionalnih centara. Za prikupljanje informacija iz nadležnih institucija o postojećem stanju, prioritetima i tendencijama, kao i podatke za projekat upravljanja otpadom urađeni su obrasci koji su prikazani u projektu (Projekat RAZ-APV, 2013). Na osnovu analiza prikupljenih informacija zaključeno je sledeće: Adekvatno upravljanje otpadom jeste prioritetna mera tehnološkog razvoja u oblasti zaštite životne sredine. Nekontrolisano odlaganje otpada i nehigijenske deponije predstavljaju osnovnu slabost postojećeg stanja opravljanja otpadom. Snaga u postojećem stanju jeste planiranje izgradnje regionalnog centra za UO. Važna mogućnost razvoja postojećeg sistema jeste uvođenje primarne selekcije otpada. Pretnje u postojećem sistemu UO jesu loša organizacija i opremljenost komunalnog preduzeća i nedostatak investicija za UO. Pretnje i izazovi po UO kao moguće u sledećoj deceniji jesu: loša organizacija i opremljenost komunalnih organizacija, loša ili nikakva primarna selekcija na mestu nastanka otpada, niske i neekonomske cene komunalnih usluga. Rang-lista aktivnosti za UO prema mogućnosti realizacije i efikasnosti jeste u saglasnosti sa prioritetima iz strateških dokumenata. Značajni pokazatelji-kriterijumi za izbor rešenja UO jesu: doprinos zaštiti životne sredine, reciklaža, troškovi, vrednost dobijenih sekundarnih sirovina za supstituciju. U cilju realizacije Strategije i Planova optimalnog i održivog upravljanja otpadom u Srbiji bilo bi neophodno da se hitno realizuju sledeće osnovne aktivnosti: Hitno realizovati uvođenje jasnih ekonomskih odnosa u zaštiti životne sredine, zagađivač plaća ; Organizovati i sprovesti kampanju za uvođenje primarne selekcije otpada i izvršiti reorganizaciju načina rada javnih komunalnih preduzeća tako da ona budu zainteresovana za realizaciju optimalnog, odživog upravljanja otpadom; Organizovati i sprovesti kampanju za izgradnju sabirnih ostrva u svakom naselju i transfer-stanica u svakoj opštini za prikupljanje, delimičnu selekciju i reciklažu prikupljenog otpada; Organizovati i sprovesti u delo kampanju za realizaciju kompostilišta i sistema za korišćenje biorazgradivog otpada; 39

65 Organizovati i sprovesti kampanju za formiranje regionalnih industrijskih centara za prikupljanje, preradu i plasman sekundarnih sirovina i komposta, kao i sanitarnih deponija za odlaganje neupotrebljivog otpada. Autor rada (Ćurić, 2013) ukazuje na pojavu da se neke lokalne samouprave ne pridružuju sporazumu za izgradnju regionalnog centra za upravljanje otpadom. Problemi nastaju zbog neinformisanosti o izvorima finansiranja centra i o dobitima za pojedine učesnike. Neophodno je da učesnici budu detaljno informisani o organizaciji, troškovima i dobitima pre sklapanja sporazuma o regionalnom centru. Mišljenje javnosti u Zrenjaninu. Autori rada (Zakin i dr. 2013) anketirali su stanovnike Zrenjanina o svesnosti građana o značaju upravljanja otpadom. Analizom odgovora građana zaključili su da nije razvijena svest o adekvatnom upravljanju otpadom i o koristima od tretmana raznih vrsta otpada. Bolje funkcionisanje lokalne zajednice doprinelo bi poboljšanju stava građana prema zaštiti životne sredine. 3. ZNAČAJNIJI PROBLEMI I ZADACI ODLUČIVANJA U OBLASTI UPRAVLJANJA OTPADOM 3.1. Osnovni zadaci Polazeći od napred izloženog stanja upravljanja otpadom u Srbiji i Vojvodini, kao i od napred izloženih predloga hitnih zadataka koje je neophodno realizovati, u nastavku se predlažu sledeći osnovni zadaci i problemi koje bi trebalo realizovati da bi se ostvario Strategijom i zakonima utvrđeni nivo integralnog i održivog upravljanja otpadom: 1. Javna komunalna preduzeća i nadležni opštinski organi za upravljanje treba da shvate da prikupljeni čvrst otpad nije đubre koje treba samo transportovati na smetlišta, već prirodni resurs u kome ima preko 30% sekundarnih sirovina, preko 35 % biorazgradivog otpada i određena količina energije koja se može iskoristiti (Tabela 1). U skladu sa tim treba izvršiti kompletnu reorganizaciju JK preduzeća tako da počnu da se bave integralnim upravljanjem otpadom a ne samo da budu smećari koji odnose prikupljeno smeće na smetlišta van naselja (deponije). 2. Integralno upravljanje otpadom podrazumeva da JK preduzeća budu opremljena tako da organizuju primarnu separaciju sekundarnih sirovina i biorazgradivog otpada na izvoru nastanka, odnosno od strane proizvođača otpada, da prikupljene sekundarne sirovine baliraju i transportuju do regionalnog centra na dalju preradu ili prodaju organizovanim privrednim subjektima koji se bave preradom, da prikupljeni biorazgradiv otpad odnose na otvorena kompostilišta a ne na smetlišta. Time bi se potreban prostor za deponovanje otpada smanjio za 70-75% uz relativno mala ulaganja, a pored toga značajan deo otpada bi se koristio za dobijanje sekundarnih sirovina i komposta za popravku sastava osiromašenih zemljišta. 3. JK preduzeća treba da budu osposobljena i ovlašćena da zaključuju sporazume sa drugim susednim preduzećima o formiranju zajedničkog regionalnog indu- 40

66 Tabela 1. Produkcija vrsta otpada u zemljama istočne Evrope i u Srbiji Zemlja God. Materijal (%) Papir Plastika Staklo Metal Tekstil Hrana Ostalo Hrvatska Češka Republika Estonija Mađarska Letonija Litvanija Rusija Srbija Prosečno 15, , , Prosečno 32,86 (Srbija 38,37) 38,12 30,26 strijskog centra za prihvat, preradu, korišćenje i odlaganje nekorisnog otpada na deponije. 4. Organizaciono, sistem treba da bude podeljen na dva nivoa: jedan, na opštinskom nivou koji realizuje JK preduzeće svake opštine, i drugi, na regionalnom nivou koji realizuje Regionalni centar formiran na bazi sporazuma zaključenog između javnih komunalnih preduzeća opština koja su formirala regionalni centar Organizacija rada na nivou opštine Organizacija rada na nivou opštine treba da bude tako uspostavljena da omogući prikupljanje i separaciju celokupnog otpada koji se na teritoriji opštine produkuje, polazeći od činjenice da otpad nije đubre koje treba samo prikupiti i odneti na smetlište već resurs koji sadrži preko 30% sekundarnih sirovina, preko 30% razgradivog biološkog otpada i velik deo otpada koji se može koristiti za proizvodnju energije. To znači da javno komunalno preduzeće treba da bude tako organizovano i sposobno da obavi sve navedene poslove, a ne samo da prikuplja smešani svakodnevni kućni otpad od stanovništva i transportuje ga na smetlišta (deponije). Prikupljanje svakodnevnog kućnog otpada i svakodnevnog otpada iz radnih organizacija na teritoriji opštine treba organizovati uz istovremenu primarnu separaciju tog otpada, što je najracionalnije, distribucijom sistema kontejnera svakom domaćinstvu kod individualnog stanovanja, odnosno svakoj zgradi sa više stanova u gradskim naseljima i svakoj radnoj organizaciji u naselju opštini. JK preduzeće bi svakodnevno ili posle nekoliko dana, odnosno nedeljno prikupljalo i separisani otpad transpotovalo do Opštinske transfer-stanice na dalji tretman. Za prikupljanje preostalih vrsta otpada koji se povremeno produkuju, kao što je istrošen kućni nameštaj, istrošeni kućni aparati (šporeti, frižideri, veš mašine i dr.), istrošene sijalice, istrošene automobilske gume, građevinski otpad, povremeni baštenski otpad, istrošena ulja itd. neophodno je u svakom naselju, odnosno u većim naseljima (grado- 41

67 vima) u delu naselja izgraditi Sabirno ostrvo, gde bi građani i radne organizacije mogle prema potrebi donositi navedeni otpad na dalju preradu i transport. U svakoj opštni JK preduzeće treba da ima izgrađenu jednu transfer-stanicu opremljenu da može da obavlja dalje sortiranje i baliranje prikupljenog sortiranog otpada. Tako sortiran otpad se predaje specijalizovanim radnim organizacijama na dalji tretman i izdvajanje sekundarnih sirovina ili transportuje u Regionalni centar, takođe na dalju preradu i izdvajanje sekundarnih sirovina, odnosno na odlaganje neupotrebljivog otpada na deponiju Organizacija regionalnog centra za upravljanje otpadom Regionalni centar za upravljanje otpadom treba da sadrži sledeće osnovne objekte: reciklažno ostrvo, postrojenja za separaciju reciklabilnog otpada, platoe za sekundarne sirovine, prostor za kompostiranje, radionice za preradu otpada i održavanje mehanizacije, snabdevanje energijom, snabdevanje vodom i prečišćavanjem otpadnih i procednih voda, prikupljanje otpadih gasova i njihovo korišćenje, regionalnu deponiju. Dve ili više jedinica lokalne samouprave donose regionalni plan upravljanja otpadom kojim se definišu zajednički ciljevi u upravljanju otpadom. Izrada i donošenje regionalnog plana upravljanja otpadom uređuje se sporazumom skupština jedinica lokalne samouprave. Na regionalni plan upravljanja otpadom saglasnost daje Ministarstvo, odnosno nadležni organ Autonomne Pokrajine na svojoj teritoriji. Princip blizine traži adekvatnu infrastrukturu putem osnivanja integrisanog i adekvatnog sistema i mreže postrojenja za tretman i odlaganje otpada zasnovanog na principu blizine i brige o sopstvenom otpadu. Međutim, javlja se konflikt sa prirodnim i socijalnim okruženjem na lokacijama. Rešenje ovog zadatka se određuje iz skupa potencijalnih učesnika, a na osnovu ekonomskih, ekoloških, političkih, socijalnih i institucionalnih kriterijuma Izrada Plana o upravljanju otpadom U Nacionalnoj strategiji za aproksimaciju u oblasti životne sredine za Republiku Srbiju (Strategija Aprok. ZŽS, 2011) navodi se da Planirane odredbe Zakona o upravljanju otpadom nedovoljno obrađuju obavezu izrade Planova o upravljanju otpadom. U Okvirnoj direktivi o otpadu zemlje članice EU se obavezuju da naprave plan upravljanja otpadom i propisuje određene minimalne standarde koji se moraju zadovoljiti tokom primene različitih načina tretmana otpada. Nadležni organ Autonomne Pokrajine za upravljanje otpadom donosi Plan upravljanja otpadom za pojedine vrste otpada i daje saglasnost na regionalne planove upravljanja otpadom na svojoj teritoriji. Autonomna Pokrajina finansira iz prihoda Fonda za zaštitu životne sredine implementaciju regionalnih planova upravljanja otpadom. Svaki Plan o upravljanju otpadom treba da ima valjana rešenja za organizaciju sistema upravljanja otpadom, kao i za tehnologije tretmana prikupljenog otpada. Planom se definiše upravljanje otpadom u skladu sa zakonom i strategijom. Za svaki zadatak postoji određeni skup mogućih rešenja i potrebno je izabrati najpovoljnije rešenje u skladu sa prostornim planovima. 42

68 3.5. Izbor sistema za tretman prikupljenog otpada Osnovni parametri za formiranje alternativa tretmana otpada su aktivnosti: primarna selekcija, reciklaža i izdvajanje sekundarnih sirovina, kompostiranje, mehaničkobiološki tretman (MBT), insineracija, proizvodnja energije i deponovanje nekorisnog otpada. Za primer, u petom poglavlju ovog rada, parametri za formiranje alternativa su: recikliranje, kompostiranje, insineracija i deponovanje prikupljenog otpada. U nekim zemljama Evropske unije danas se odlaže na deponije manje od 5% prikupljenog komunalnog čvrstog otpada, a sve ostalo se koristi ili kao sekundarna sirovina ili za proizvodnju energije (Tabela 2). Ima razvijenih EU članica u kojima je taj procenat i preko 50 %, a insineracija je oko 10%. Prosek deponovanja za manje razvijene EU članice je 90%. Na primeru Švedske može se videti kako se vremenom (od 1975) menjao procenat korišćenja otpada (Slika 1). Tabela 2. Produkcija i korišćenje komunalnog čvrstog otpada u razvijenim EU državama Zemlja Komunalni čvrst otpad (kg/stan) Deponovanje (%) Sagorevanje i proizvodnja energije (%) Reciklaža (%) Kompostiranje (%) EU Belgija Danska Nemačka Holandija Austrija Švedska Prosečno 619 2, ,8 23,3 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % deponovanje proizvodnja energije recikliranje biološki tretman Slika 1. Tretman čvrstog otpada u Švedskoj u periodu

69 3.6. Određivanje lokacija za transfer-stanice Određivanje lokacija za transfer-stanice u regionalnom sistemu je multidisciplinarni proces. Izbor lokacija se vrši na osnovu tehničkih, ekonomskih, socijalnih i drugih kriterijuma koji se tiču zaštite životne sredine. Pored opštih kriterijuma, koriste se i specifični kriterijumi opštine. Za konačni izbor lokacija neophodni su istražni radovi i procene uticaja na životnu sredinu. U doktorskoj disertaciji (Vasiljević, 2011) navodi se da identifikacija odgovarajuće lokacije transfer-stanice predstavlja interdisciplinarni proces jer je neophodno postići ravnotežu između velikog broja ciljeva i kriterijuma. Prikazan je određeni postupak za primer u Sremu Izbor lokacije za regionalnu deponiju Rešenjem se određuje broj deponija i njihove lokacije za dato područje upravljanja otpadom. Broj deponija se određuje prema veličini područja, a lokacije u saglasnosti sa prostornim planom. Sve alternativne lokacije treba da zadovoljavaju zakonske uslove i ograničenja. Izbor lokacije otežava i stav ne u mom dvorištu. Detaljnije objašnjenje ovog zadatka nalazi se u šestoj glavi Finansiranja upravljanja otpadom Razmatraju se izvori i načini finansiranja upravljanja otpadom: nadoknade za sakupljanje i tretmane otpada, finansijske dobiti od reciklabilnog otpada, podsticajni instrumenti za primarnu selekciju i reciklažu. Cena usluge treba da pokriva sve troškove rada, kao i troškove zatvaranja sistema. Ovde je bitno načelo Zagađivač plaća koje je definisao zakonom. Međutim, u praksi nikad nije primenjen u pravom smislu te zakonske odredbe. Naime, zagađivači bi trebalo da plaćaju punu ekonomsku vrednost koju izazivaju svojom aktivnošću, odnosno ukupnu vrednost potrebnih radova na otklanjanju zagađenja. U slučaju rešenja upravljanja otpadom, da finansiraju sve troškove prikupljanja, prerade i odlaganja otpada. Nažalost, taj princip u Srbiji nikad nije primenjen. Troškovi upravljanja otpadom tretiraju se kao socijalni problem, pa se cene zagađivanja životne sredine ili, u ovom slučaju, upravljanja otpadom, utvrđuju na bazi mogućnosti zagađivača da plaćaju troškove svog delovanja. Stoga se u praksi dešava da se izgrađene sanitarne deponije uz finansijsku pomoć Evropske unije, ne koriste jer opštinske komunalne organizacije nemaju sredstava da plaćaju troškove deponovanja, a otpad i dalje bacaju na divlje ili legalne nesanitarne deponije i tako i dalje zagađuju životnu sredinu bez ikakve naknade za zagađivanje životne sredine. Treba razmatrati lokalne, regionalne, nacionalne i evropske izvore finansiranja. Do nedavno, Autonomna Pokrajina, je finansirala izgradnju postrojenja za upravljanje otpadom iz prihoda Fonda za zaštitu životne sredine. Taj Fond je u međuvremenu ukinut. Lokalna samouprava je, takođe, koristila svoja namenska sredstva za finansiranje upravljanja otpadom, ali i ta sredstva praktično više ne postoje. Kao što se može videti finansiranje upravljanja otpadom je u Srbiji veoma ugroženo, jer predstavlja socijani problem, pošto ni građani ni privreda nemaju sredstava za ulaganja u tu delatnost. 44

70 Svako valjano rešenje navedenih zadataka doprinosi tehnološkom razvoju u oblasti upravljanja otpadom. Određivanje valjanog-najpovoljnijeg rešenja treba sprovoditi na osnovu zadovoljenja ciljeva o zaštititi životne sredine, poboljšanju efikasnosti funkcionisanja sistema, uz povećanje dobiti i smanjivanje novčanih izdataka. Obično su ovakvi ciljevi konfliktni pa se zadaci rešavaju višekriterijumskom optimizacijom za iznalaženje kompromisnog dopustivog rešenja (Glava 4). 4. VIŠEKRITERIJUMSKA OPTIMIZACIJA I METODA VIKOR 4.1. Postupak višekriterijumske optimizacije Višekriterijumska optimizacija je doživela puni razvoj kroz primenu za rešavanje prvenstveno problema u oblasti zaštite okoline, a inicirana je u oblastima matematike i ekonomije. Pogoršani kvalitet vazduha i voda (površinskih i podzemnih) i ostali loši uticaji na prirodnu okolinu zahtevali su višekriterijumsku optimizaciju infrastrukturnih sistema koja daje rešenje na osnovu više kriterijuma, uključujući i zaštitu životne sredine. U ovom projektu primenjuje se višekriterijumska optimizacija za nalaženje najboljeg (kompromisnog) dopustivog rešenja upravljanja otpadom u smislu usvojenih kriterijuma. Kompromisno rešenje je ono dopustivo rešenje koje je najbliže idealnom, na osnovu usvojene mere rastojanja. Koristi se metoda VIKOR (VišeKriterijumska Optimizacija i Kompromisno Rešenje) kojom se određuje rang-lista alternativa i predlaže kompromisno rešenje (Opricović 1998). Osnove aktivnosti za višekriterijumsku optimizaciju metodom VIKOR su: Generisanje alternativa; Formulisanje kriterijumskih funkcija; Vrednovanje alternativa; Težine kriterijuma; Metoda VIKOR - Predlog kompromisnog rešenja; Konačna odluka i implementacija. Generisanje alternativa može biti urađeno izborom različitih vrednosti parametara modela. Sva alternativna rešenja moraju imati zajedničku osnovnu namenu, odnosno isti osnovni razlog postojanja. Skup generisanih alternativa mora biti potpun, a to znači da postoji jedna ili više alternativa za svaki značajniji aspekt razmatranja datog sistema. Ne sme se zaboraviti da će konačno rešenje biti jedna od alternativa iz formiranog skupa. Formulisanjem kriterijumskih funkcija formalno se izražavaju ciljevi optimizacije upravljanja otpadom. Mogu se postaviti sledeći ciljevi: a) zaštititi životnu sredinu, b) poboljšati efikasnost funkcionisanja sistema, c) dobri finansijski efekti. 45

71 46 Ovako formulisani ciljevi pokazuju želje i trebali bi biti ispunjeni (u izvesnom smislu) optimalnim rešenjem sistema. Međutim, ovakva formulacija ciljeva nije pogodna i dovoljna za višekriterijumsku optimizaciju. Zato je uveden pojam kriterijumskih funkcija, koje moraju biti dovoljno specifične i da njihove vrednosti precizno pokazuju koliko dobro sistem funkcioniše ili koliko su efekti koji nastaju radom sistema dobri. U zadacima optimizacije složenih sistema kriterijumske funkcije mogu biti izražene u različitim jedinicama: monetarnim, tehničkim jedinicama mera ili to mogu biti bezdimenzionalne ocene. Ekonomski cilj se vrednuje ekonomskim analizama, a prvenstveno se odnose na troškove izgradnje i rada sistema i na dobiti (ili/i troškove) korisnika. Kvantitativni tehnički pokazatelji se vrednuju tehničkim ili statističkim analizama ili merenjima. Ovakvim kriterijumskim funkcijama vrednuju se efekti koji se ne mogu (lako) izraziti u monetarnim jedinicama. Kvalitativno vrednovanje alternativa se vrši za one efekte i pokazatelje za koje ne postoje mogućnosti da se to uradi ekonomskim ili tehničkim analizama. U ovu grupu efekata i pokazatelja spadaju: uticaj na ljudsko zdravlje, uticaj na biljni i životinjski svet, uticaj na istorijske spomenike, uticaj na ambijentalnu vrednost okoline, zadovoljstvo ili udobnost korisnika sistema. Vrednovanje ovakvih efekata vrši se (subjektivno) od strane odgovarajućih eksperata i to davanjem ocena (ili bodova) u okviru skale vrednovanja za datu kriterijumsku funkciju. Na osnovu utvrđenih uslova i prioriteta o upravljanju otpadom iz postojećih dokumenata i prema preferencijama nadležnih institucija definišu se kriterijumi za višekriterijumsku optimizaciju opravljanja otpadom. Rezultat vrednovanja multidisciplinarnim analizama i proračunima su vrednosti svih kriterijumskih funkcija za svaku alternativu. Ulazni podaci za metodu VIKOR su u vidu matrice f ij nxj, gde je f ij vrednost i-te kriterijumske funkcije za j-tu alternativu, n - broj kriterijuma, J broj alternativa, i vrednosti težina kriterijuma. Težine kriterijuma nemaju jasno ekonomsko značenje, već predstavljaju mere za uvođenje relativne značajnosti kriterijuma. Postoje dva postupka za određivanje vrednosti težina. Analiza strukture preferencije podrazumeva učešće donosioca odluke u određivanju težina kriterijuma. Intervjuisanjem donosioca odluke dobijaju se potrebne infomacije o značaju kriterijuma. Statističkom analizom obrađuju se podaci dobijeni od učesnika u anketi i određene težine se prikazuju u Tabeli 3. Simulacija strukture preferencije se koristi kada svi članovi grupnog odlučivanja ne mogu (ili ne žele) da učestvuju u (formalnoj) analizi preferencije. Simulacija se vrši na tehničkom nivou bez učešća donosioca odluke. Analitičar ili inženjer sagledava scenarije donošenja konačne odluke i za svaki scenario usvajaju se vrednosti težine kao ulazne za metodu VIKOR. Za svaki scenario zadaje se jedna ili više kombinacija vrednosti težina. U svakom scenariju pretpostavlja se određena raspodela snage odlučioca na članove grupnog odlučioca. U Tabeli 3 date su težine određene i ovim prilazom. Rezultati dobijeni metodom VIKOR analiziraju se i utvrđuje se koje od predloženih rešenja treba proglasiti konačnom odlukom. Donosilac odluke dobija sa tehničkog nivoa predlog kompromisnog rešenja sa kompletnom dokumentacijom o generisanju alternativa, kriterijumskim funkcijama, vrednovanju alternativa i o formiranju predloga kompromisnog rešenja. Pored opisa predloga za konačnu odluku, daje se i predlog in-

72 stitucionalnih mera koje treba da obuhvate planiranu realizaciju, gazdovanje, finansiranje i opis korisnika dobara. Ako je konačna odluka doneta treba početi sa procesom implementacije rešenja (realizacija usvojene alternative) Metoda VIKOR Metoda VIKOR rešava sledeći problem: Odrediti najbolje (kompromisno) rešenje u višekriterijumskom smislu iz skupa od J dopustivih alternativa vrednovanih prema skupu od n kriterijumskih funkcija. Ova metoda za višekriterijumsku optimizaciju zahteva da su poznate vrednosti svih kriterijumskih funkcija za sve alternative, u vidu matrice f ij n J. c c c Kompromisno rešenje F = ( f1,..., fn ) je dopustivo rešenje koje je najbliže idealnom rešenju F* (najbolje vrednosti kriterijumskih funkcija). min Q = F* - F(x) ; F(x) = (f 1 (x), f 2 (x),...,f n (x) x X Ideal: F* = (f 1 *, f 2 *,..., f n * ); f i * = ext f i (x) x X Mera Q (metrika) je rastojanje između alternativa u n-dimenzionalnom kriterijumskom prostoru. Ovde kompromis znači sporazum postignut uzajamnim ustupanjima, predstavljenim pomoću Δf i = f 1 * f i c, i =1,...,n. U nastavku se prikazuju osnovni algoritamski koraci metode VIKOR: 1. Određivanje idealne tačke. Idealna tačka se određuje iz vrednosti kriterijumskih funkcija pomoću sledeće relacije f * = ext f, i= 1,..., n i j ij gde ext označava maksimum ako i-ta kriterijumska funkcija predstavlja korist ili dobit, ili minimum za štete ili troškove. 2. Transformacija raznorodnih kriterijumskih funkcija (različite mere vrednosti) * * ij i ij i i d = ( f f )/( f f ), i= 1,..., n, j= 1,..., J gde f i označava najlošije vrednosti kriterijumskih funkcija. 3. Zadavanje težina kriterijuma w i, i=1,...,n. Težine kriterijuma predstavljaju relativni značaj kriterijuma koji je zasnovan na preferenciji donosioca odluke. 4. Određivanje Sj, Rj, Qj, j,...,j, prema sledećim relacijama S n = w d j i ij i 1, otežano i normalizovano Manhattan rastojanje f 2 * f 2 c f 2 c f 2 * F * Kompromisno rešenje 47

73 R j = max i (w i d ij ), otežano i normalizovano Chebychev rastojanje S* = min j S j, S = max j S j R* = min j R j, R = max j R j QS j = (S j S*) / (S S*) QR j = (R j R*) / (R R*) Q j = ν QS j + (1 ν) QR j gde je ν = (n + 1) / 2n, 5. Rangiranje se vrši sortiranjem alternativa prema vrednostima mera S, R i Q. Najbolja alternativa je ona za koju je vrednost mere najmanja i ona zauzima prvo mesto na rang-listi. Ovako su dobijene tri rang-liste. Mera Q j je linearna funkcija težine strategije zadovoljavanja većine kriterijuma v, pa je pozicija na listi Q linearna kombinacija pozicija na listama QS i QR, 6. Utvrđivanje kompromisnog rešenja Predlaže se kao kompromisno rešenje alternativa A(1) koja je najbolje rangirana pomoću mere Q (minimum) ako zadovoljava sledeća dva uslova: U1. Prihvatljiva prednost: Q(A(2))-Q(A(1)) DQ, gde je A(2) alternativa sa drugom pozicijom na rang listi pomoću Q, a DQ = 1/(J 1). U2. Prihvatljiva stabilnost u odlučivanju: Alternativa A(1) mora biti najbolje rangirana pomoću mera S ili/i R. Ako jedan od uslova nije zadovoljen, tada se predlaže skup kompromisnih rešenja koji se sastoji od: alternativa A(1) i A(2) ako nije zadovoljen samo uslov U2 ili alternativa A(1), A(2),..., A(M) ako nije zadovoljen uslov U1; A(M) je određena pomoću relacije Q(A(M)) Q(A(1)) < DQ za maksimalno M. Pozicije ovih alternativa su bliske. Dobijeno kompromisno rešenje može biti prihvaćeno od donosioca odluke jer ono obezbeđuje maksimum koristi većini (pomoću min S) i minimum individualnog nezadovoljenja za oponenta (pomoću min R). Mere S i R su intergisane u meru Q za kompromisno rešenje koje je osnova za sporazumno rešenje postignuto pomoću uzajamnih ustupaka. Izazov za istraživače je da obezbede vodič za izbor metode koja je dobro fundirana teorijski i praktično operativna za rešavanja određenih problema. Sparivanje osobina metode za višekriterijumsko odlučivanje sa klasama problema moglo bi uputiti na korektnu primenu. Ovde se povezuju karakteristike VIKOR-a sa klasama problema. Kompromis je prihvatljiv za razrešavanje konflikta. Donosilac odluke (DO) je voljan da prihvati rešenje koje je najbliže idealu. Postoji linearna veza između svake kriterijumske funkcije i utiliteta donosioca odluke. Kriterijumi su konfliktni i nesabirljivi (različite jedinice mere). Dopustive alternative su vrednovane prema svim uspostavljenim kriterijumima (matrica-tabela performansi). 48

74 Preferencija DO je izražena težinama, datim ili simuliranim. Metoda VIKOR može započeti bez interaktivnog učešća DO, ali DO je dužan da potvrdi konačno rešenje i njegova preferencija mora biti uključena. Rešenje VIKOR-om maksimizira grupni utilitet (korisnost) i minimizira individualno nezadovoljenje oponenta. Rešenje VIKOR-om može biti skup bliskih rešenja sa pragom sličnosti. Navedene informacije o VIKOR-u ukazuju na oblast, uslove i način primene metode VIKOR. Komparativna analiza metoda VIKOR, TOPSIS, ELECTRE i PROMETHEE je prikazana u radu (Opricović i Tzeng, 2007), kroz razmatranje njihovih posebnih karakteristika i njihovih rezultata u primeni Agregacija i normalizacija u metodi VIKOR U ovom poglavlju dat je prikaz matematičkih osnova metode VIKOR prema elementima teorije agregacije. Rad je rezultat upoznavanja sa rezultatima istraživača na projektu Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini (2014). U Temi 1 Istraživanje ključnih matematičkih problema u teoriji odlučivanja vezanih za donošenje odluka u neodređenim kompleksnim sistemima obrađena je mogućnost primene teorije agregacije. U Temi 2 Istraživanje mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom proučavana je primena metode VIKOR za višekriterijumsku optimizaciju na upravljanje otpadom. Agregacija je proces kombinovanja nekoliko numeričkih vrednosti u jednu reprezentativnu. Funkcija koja izvršava takav proces naziva se funkcijom agregacije (Grabisch et al. 2008, Pap 2002a). Sredine i proseci su dobro poznate familije funkcija agregacije. Važna tema u praksi je kako odrediti odgovarajuću funkciju agregacije i kako razumeti njeno ponašanje. Prvi zahtev za formulisanje funkcije agregacije je da izlaz-rezultat treba da je sintezna vrednost. Izbor funkcije agregacije je otežan i činjenicom da u realnoj primeni treba upoređivati neuporedive veličine. Funkcija agregacije u [0, 1] n je funkcija T (n) : [0, 1] n [0, 1] koja je neopadajuća za svaku varijablu i koja zadovoljava granične uslove T (n) (0,..., 0) = 0 i T (n) (1,..., 1) = 1. Takođe, T (n) : [a, b] n [a, b]. Sredine i proseci su dobro poznate funkcije agregacije. Osobina funkcije sredine T je da je: T(M,,M) = T(x 1,, x n ). Aritmetička sredina je formulisana kao: n 1 T = x n i= 1 i Interesantna je sredina: 49

75 T ( x) = r 1 n n i= 1 x r i 1/ r geometrijska sredina sa parametrom r, koja se često korisi za r = 2, tj. sredina kvadrata. Postupak metode VIKOR prikazan je u prethodnom poglavlju 4.2. U nastavku se prikazuju samo osnovne matematičke relacije koje čine matematičku osnovu metode VIKOR. Za rangiranje alternativa uvedena je funkcija agregacije Q. Q j = ν QS j + (1 ν) QR j (1) Gde je: QS j = (S j S*) / (S S*) (2) QR j = (R j R*) / (R R*) (3) S R n = w d j i ij i= 1 j, otežano i normalizovano Manhattan rastojanje; (4) = max( w d ), otežano i normalizovano Chebychev rastojanje; (5) i i ij * * d = ( f f )/( f f ) ij i ij i i (6) f * = max f, f = min f, ako i-ta funkcija predstavlja dobit; i j ij i j ij f * = min f, f = max f, ako i-ta funkcija predstavlja koštanje; i j ij i j * * j j j j j j ij S = min S, S = max S, R = min R, R = max R ; w i, i=1,...,n, su težine kriterijuma koje predstavljaju relativni značaj kriterijuma zasnovan na preferenciji donosioca odluke. Ovde je ν = (n + 1)/ 2n i predstavlja težinu maksimuma grupnog utiliteta. Rešenje A S (1) dobijeno minimizacijom rastojanja S u jedačini (4) je (1) S A = agr min wd = agrmax w f / f f. j n i ij j i= 1 i= 1 n * i ij i Ono obezbeđuje maksimum utiliteta za većinu. Rešenje A R (1) dobijeno minimizacijom rastojanja R u jednačini (5) je (1) R = A agr minmax( wd ). j i i ij Ono obezbeđuje minimim maksimalnog nezadovoljenja oponenta. Rešenje A Q (1) dobijeno minimizacijom otežanog rastojanja Q u (1) obezbeđuje kompromis između gornje dve strategije odlučivanja. j i j 50

76 Većina prilaza u teoriji odlučivanja uključuje teoriju utiliteta (korisnosti) i metode rangiranja (Keeney and Raiffa, 1976; Vincke, 1992). Osnovna pretpostavka u teoriji utiliteta je da donosilac odluke bira alternativu za koju je očekivana vrednost utiliteta maksimalna. Međutim, za mnoge probleme nije moguće dobiti matematičku reprezentaciju funkcije utiliteta U donosioca odluke. Zato su uvedene druge agregirajuće funkcije umesto globalne funkcije utiliteta (Butler et al. 2001). Otežana funkcija agregacije U metodama za odlučivanje koristi se otežana funkcija agregacije (eng. weighted aggregation function), možda je pravilniji naziv funkcija agregacije sa otežanim varijablama ili funkcija agregacije sa težinama. Za datu simetričnu funkciju agregacije T, otežana funkcija agregacije nastaje uvođenjem težina w i. T w (x) = T (w 1 x 1,..., w n x n ) w je normalizovani vektor težina sa sumom 1. Otežana aritmetička sredina se formuliše kao n = T w x. i= 1 i i Otežana aritmetička sredina je primenjena u metodi VIKOR u relaciji (1) sa težinama v i (1-v) Q = ν QS + (1 ν) QR. Takođe, u jednačini (4) je primenjena otežana aritmetička sredina sa težinama w 1,..., w n n = S w d. i= 1 i i Za otežanu funkciju agregacije težine ispunjavaju uslov nenegativnosti w i 0. Uslov n normalizacije wi = 1 nije obavezan prilikom zadavanja ulaznih vrednosti. U više- i= 1 kriterijskoj optimizaciji značaj kriterijuma može se zadati kao celobrojni skorovi (ocene) s i, pa se određuju normalizovane težine n w = s / s. i i i i= 1 U metodi VIKOR težine izražavaju relativni značaj kriterijuma, a njihove vrednosti trebalo bi da su u saglasnosti sa preferencijom donosioca odluke. 51

77 Otežani maksimum Funkcija-operator maksimum znači određivanje maksimalnog elementa Max (x) = max {x 1,, x n } Ili n = i =1 i Max x. Otežani maksimum sa težinama w je funkcija agregacije definisana kao n i= 1 WMax = ( w x ). i i Otežani maksimum je primenjen u VIKOR-u u jednačini (5), sa težinama R= max( w d ). i i i Metrike Yu (1973) je uveo L p -metric kao funkciju rastojanja u n-dimenzionalnom prostoru za problem višekriterijumskog odlučivanja, ali bez razmatranja problema sa neuporedivim veličinama. Razvoj metode VIKOR je počeo sa sledećom formom L p -metric L p,j (F * n 1/p,F j )= [w i ( f * i f ij )/( f * i f i )] p, 1 p ; j =1,2,..., J i=1 Ova funkcija otežanog i normalizovanog rastojanja je publikovana u radu (Duckstein and Opricovic, 1980) i predstavlja rastojanje alternative A j od idealnog rešenja. Kasnije su uvedene u VIKOR metrike Manhattan L 1 i Chebyshev L. Manhattan rastojanje je suma projekcija linijskog segmenta između tačaka na koordinatne ose. n * * i i= 1 L ( F, Fx ( )) = f f ( x) 1 i Ova funkcija rastojanja je primenjena za meru S u jednačini (4). Chebyshev (Tchebycheff) rastojanje * * L ( F, Fx ( )) = max f f ( x) i i i je primenjeno za meru R u jednačini (5). Normalizacija U zadacima višekriterijumske optimizacije složenih sistema kriterijumske funkcije mogu biti izražene u različitim jedinicama: monetarnim, tehničkim jedinicama mera ili da to budu bezdimenzionalne ocene. Ekonomski cilj se vrednuje ekonomskim analizama, a prvenstveno se odnose na troškove izgradnje i rada sistema i na dobiti (ili/i troškove) korisnika. Kvantitativni tehnički pokazatelji se vrednuju tehničkim ili statističkim analizama ili merenjima. Ovakvim kriterijumskim funkcijama vrednuju se efekti koji se ne mogu (lako) izraziti u monetarnim jedinicama. Kvalitativno vrednovanje alterna- 52

78 tiva se vrši za one efekte i pokazatelje za koje ne postoje mogućnosti da se to uradi ekonomskim ili tehničkim analizama. U ovu grupu efekata i pokazatelja spadaju: uticaj na ljudsko zdravlje, uticaj na biljni i životinjski svet, uticaj na istorijske spomenike, uticaj na ambijentalnu vrednost okoline, zadovoljstvo ili udobnost korisnika sistema. Vrednovanje ovakvih efekata vrši se (subjektivno) od strane odgovarajućih eksperata i to davanjem ocena (ili bodova) u okviru skale vrednovanja za datu kriterijumsku funkciju. Da bismo sabrali vrednosti raznorodnih kriterijuma moramo ih konvertovati u istim jedinicama mere ili u bezdimenzione vrednosti. Normalizacija se koristi za eliminisanje jedinica kriterijumskih funkcija, tako da su svi kriterijumi bezdimenzioni. Pomoću jednostavne normalizacije normalizovana vrednost se određuje deljenjem originalne vrednosti kriterijumske funkcije sa njenom maksimalnom vrednošću. Ovo je jednostavna transformacija sa skalom, kojom se trasformišu sve vrednosti na linearan (proporcionalan) način, ali skale nisu jednake dužine. Nešto drugačija linearna normalizacija je korišćena u metodi VIKOR, a u metodi TOPSIS koristi se vektorska normalizacija. Efekti ove dve normalizacije su diskutovani u radu (Opricovic and Tzeng, 2004). Ove transformacije (normalizacije) uvode razmene (trade-offs) što je razmatrano u radu (Opricovic and Tzeng, 2007). Linearna normalizacija je korišćena u VIKOR-u u jednačini (6), sa dimenzionim koeficijentom konverzije 1/ f * i f i d = (f* f) / (f* f ). Ovde, d je normalizovano rastojanje između ideala f* i kriterijumske funkcije f d = 1 φ(f), φ(f) je transformacija * * ( f):[ f, f ] [0,1], ( f) = ( f f )/( f f ). Identifikacija funkcija za metodu višekriterijumske optimizacije Za realnu primenu potrebno je prostudirati osobine i konstrukcije klasa funkcija agregacije i normalizacije. Postupak identifikacije podrazumeva kompletno određivanje najbolje matematičke funkcije za postizanje željenih karakteristika metode. Mnoge metode u literaturi se razlikuju prema njihovoj primeni. Izazov za istraživače je da obezbede vodič za izbor metode koja je dobro fundirana teorijski i praktično operativna za rešavanje određenih problema. Sparivanje metoda za višekriterijumsko odlučivanje sa klasama problema moglo bi uputiti na korektnu primenu. 53

79 5. IZBOR SISTEMA ZA TRETMAN KOMUNALNOG OTPADA U ovoj glavi je najpre prikazano postojeće stanje upravljanja otpadom i razmatrani su postojeći postupci odlučivanja u dosadašnjoj praksi tretmana otpada. Zatim je pokazana primena višekriterijumske optimizacije i rezultati primene metode VIKOR za izbor sistema za tretman komunalnog čvrstog otpada na području Novog Sada Postojeće stanje upravljanja otpadom U Strategiji upravljanja otpadom (Strategija UO, 2010), data je analiza postojećeg stanja UO na teritoriji Republike Srbije. Procenjeno je da se organizovano sakuplja oko 60% komunalnog otpada. Sakupljanje je organizovano pretežno u urbanim oblastima, dok su ruralne oblasti znatno slabije pokrivene. Najveći broj lokalnih samouprava ima mehanizaciju i vozila za sakupljanje otpada, međutim, postoji nedostatak odgovarajuće opreme, jer se za sakupljanje koriste različite vrste vozila: od vozila za sakupljanje otpada sa presom za sabijanje otpada i autopodizača za velike kontejnere, pa do običnih kamiona i traktora sa prikolicom. Problemi upravljanja otpadom nisu jednako i ravnomerno izraženi u svim lokalnim samoupravama i aktivnosti na uvođenju integralnog sistema se ne odvijaju istim intenzitetom, već prvenstveno zavise od mogućnosti pojedinih lokalnih samouprava. Ekonomski opravdano rešenje je formiranje regionalnih centara za upravljanje otpadom u okviru kojih će se otpad sakupljen iz više opština tretirati na postrojenjima za tretman otpada i ostatak odlagati na regionalnim deponijama. Većina lokalnih samouprava još uvek nije postigla dogovore, niti potpisala sporazume, odnosno ugovore oko formiranja regiona za upravljanje otpadom. U Strategiji UO (2010) prikazana je i postojeća infrastruktura za upravljanje komunalnim otpadom. Sakupljanje komunalnog otpada u Republici Srbiji obavljaju uglavnom javna komunalna preduzeća čiji su osnivači lokalne samouprave. U nekim lokalnim samoupravama poslovi sakupljanja otpada ugovorom su povereni privatnom sektoru. Centri za odvojeno sakupljanje otpada postoje u Beogradu, Čačku i sporadično u drugim lokalnim samoupravama u Republici Srbiji. Postrojenje za separaciju reciklabilnog otpada za sada postoji u Novom Sadu, Leskovcu, Vranju i Užicu. Postoji više registrovanih postrojenja za reciklažu PET-a, metala, plastike i dr. I pored visokog sadržaja organske komponente u komunalnom otpadu, ne postoje postrojenja za biološki tretman komunalnog otpada. U Republici Srbiji ne postoje postrojenja za insineraciju komunalnog otpada. Na području AP Vojvodine izrađen je predlog mikrolokacija na osnovu geoloških, hidroloških i infrastrukturnih kriterijuma u skladu sa Strategijom i Studijom prostornog razmeštaja regionalnih deponija i transfer stanica. Do decembra godine formirani regioni za upravljanje otpadom su u nekim slučajevima drugačije organizovani od predloga datog u Nacionalnoj strategiji iz godine. U Strategiji UO (2010) prikazana je planirana mreža regionalnih centara za upravljanje komunalnim otpadom. Na primer, za planirani regionalni centar Novi Sad dati su sledeći podaci: broj stanovnika (2002) i količina otpada, t/god. (2009) Novi Sad je nosilac aktivnosti izgradnje regionalnog centra za upravljanje komunalnim 54

80 otpadom, u čiji sastav treba da uđu i opštine: Bačka Palanka, Bački Petrovac, Beočin, Žabalj, Vrbas, Srbobran i Temerin. Dati su, takođe, i podaci o lokalnim samoupravama: lokalna samouprava, broj stanovnika prema popisu iz godine, količina proizvedenog otpada 2009, t, i projekcija količina proizvedenog otpada 2020, t: Stanovnici Otpad(2009) Otpad(2020) Novi Sad- grad Bačka Palanka Bački Petrovac Beočin Vrbas Žabalj Srbobran Temerin (Izvor podataka o količinama otpada godine: Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad) 5.2. Postojeći postupci odlučivanja Određuje se sastav regionalnog centra iz skupa potencijalnih učesnika (lokalne samouprave) uglavnom na osnovu geografskog položaja. Regionalni centar predstavlja funkcionalnu celinu. Polazne pretpostavke za formiranje regiona čine broj stanovnika, broj opština i naselja i njihova međusobna saobraćajna povezanost. Ne razmatraju se kriterijumi, ali su data ograničenja: najmanje stanovnika i dužina transporta do 80 km na relaciji transfer-stanica regionalna deponija. Neophodno je uvesti metodologiju o utvrđivanju sastava regionalnog sistema za upravljanje otpadom na osnovu ekonomskih, ekoloških, političkih, socijalnih i instutucionalnih kriterijuma Postojeće odlučivanje o sistemu za tretman komunalnog otpada U praksi, kad se govori o upravljanju otpadom najčešće se to odnosi na Komunalni Čvrsti Otpad (KČO) (Municipal Solid Waste,MSW), koji se organizovano prikuplja i o kome uglavnom postoje statistički podaci o količinama i sastavu. Podaci o količinama čvrstog otpada iz drugih izvora uglavnom se ne prikupljaju, i sem izuzetno, ne postoje sistematizovani podaci o njihovim količinama. Sastav komunalnog čvrstog otpada je teško tačno utvrditi, prvo zbog nejasne terminologije i izvora podataka. KČO se normalno sastoji od kućnog otpada ili otpada iz domaćinstava, zatim komercijalnog otpada u naseljima (škole, bolnice, restorani, prodavnice, ulice, parkovi, zanatsvo i slično). Najbolja je evidencija koja se odnosi na kućni otpad jer se taj otpad sistematski prikuplja i meri prilikom deponovanja, dok za ostali komercijalni otpad takvih podataka obično nema. Ponekad se i komercijalni otpad nalazi u kontejnerima za kućni otpad te se ne evidentira posebno. Tako da u sta- 55

81 tističkim izveštajima nije uvek potpuno jasno navedeno na koju vrstu otpada se podaci odnose. Prema Zakonu o upravljanju otpadom nadležne organizacije za upravljanje otpadom u Srbiji su: javna komunalna preduzeća, lokalni organ nadležan za komunalne poslove, međuopštinski organ po dogovoru Opština, Ministarstvo nadležno za zaštitu životne sredine, Republička agencija za zaštitu životne sredine, Pokrajinski sekretarijat nadležan za zaštitu životne sredine. Međutim, kad su u pitanju odgovornosti za sprovođenje mera za upravljanje otpadom tada je to prema Zakonu i Strategiji upravljanja otpadom svedeno na: proizvođača otpada, vlasnika otpada, prevoznika otpada, operatera postrojenja za skladištenje otpada i operatera postrojenja za treman i odlaganje otpada. Državni organi od opštine do republike samo izdaju odgovarajuće dozvole, donose Strategiju, Planove i Podzakonske akte, a praktično nemaju nikakvih obaveza i odgovornosti u pogledu optimalnog i održivog upravljanja otpadom. Ovakav odnos prema nadležnosti i odgovornostima za sprovođenje optimalnog i održivog upravljanja otpadom, naravno, ne donosi adekvatne rezultate. Sve dok državne institucije od Republike do lokalne uprave smatraju da je dovoljno samo donositi Strategije i Planove a ne brinuti se i raditi na njihovom sprovođenju, do realizacije Strategije i Planova neće dolaziti. Strategijom je predviđeno da se za upravljanje otpadom formiraju Regionalni centri sastavljeni od više opština. Međutim, taj zadatak nije ostvaren jer lokalni organi u predviđenim regionima i posle više godina od donošenja Strategije nisu pristupili izradi sporazuma o zajedničkom radu na fomiranju regionalnog centra, a za realizaciju tog zadatka ništa nije uradilo ni nadležno ministarstvo Vlade Republike Srbije. U Strategiji upravljanja otpadom za period (Strategija UO, 2010) prikazani su podaci o vrstama i sastavu KČO. Iz tih podataka vidi se da praktično po 1/3 čine sekundarne sirovine, hrana (biološki otpad) i ostale vrste otpada. Kada se razmatra problem upravljanja svaka od navedenih vrsta otpada zahteva drugačiji tretman. Sekundarne sirovine je najracionalnije izdvajati na mestu nastanka, odnosno putem primarne selekcije, što je u mnogim razvijenim zemljama i primenjeno ili putem reciklaže u industrijskim pogonima. Biološki otpad ili ide na kompostiranje ili na industrijsku preradu, dok se preostali otpad obično koristi spaljivanjem za proizvodnju energije (Waste to energy). Na osnovu svega navedenog može se zaključiti da vrste tretmana KČO mogu biti sledeće: primarna selekcija, reciklaža u pogonima za reciklažu, kompostiranje, mehaničko-biološki tretman (MBT), spaljivanje (Insineracija), spaljivanje i proizvodnja energije, odlaganje na deponje (sanitarne). U Srbiji se danas primenjuje samo reciklaža u obimu oko 15% od ukupnog otpada i odlaganje na neuređene ili divlje deponije. 56

82 Odlučivanje za odlaganje otpada na deponiju. Ovo je rešenje sa najmanjim investicionim troškovima i često je usvajano u dosadašnjoj praksi. Sistem sa postrojenjem za reciklažu. Dosadašnja praksa je pokazala da su samoupravne zajednice zainteresovane za postrojenje za reciklažu, bez razmatranja i ostalih mogućnosti tretmana otpada. U nastavku se daje model koji razmatra više alternativa, a izbor se vrši na osnovu skupa adekvatnih kriterijuma Višekriterijumski model i rezultati metodom VIKOR Alternative Alternative za višekriterijumsku optimizaciju formiraju se sa različitim zastupljenostima aktivnosti upravljanja otpadom za određenu vrstu otpada i teritoriju. U odeljku 2.2 prikazan je redosled prioriteta u praksi upravljanja otpadom. Smatra se da su prve četiri aktivnosti sa velikim prioritetom (prevencija generisanja otpada, redukcija stvaranja otpada, separacija, ponovno korišćenje proizvoda), a spaljivanje bez iskorišćenja energije je inferiorno, pa se ove aktivnosti izostavljaju iz postupka optimizacije upravljanja komunalnim čvrstim otpadom. Osnovni parametri za formiranje alternativa tretmana otpada su aktivnosti: deponovanje, reciklaža, kompostiranje i spaljivanje. Efekti tih aktivnosti su različiti i konfliktni. Na primer, deponovanje je najnižeg prioriteta, mada je vrlo zastupljeno i sa najnižim troškovima, dok je spaljivanje uz dobijanje električne energije popularno ali relativno skupo rešenje. Projektnim zadatkom određen je cilj upravljanja otpadom kao sekundarnim sirovinama i izvorom energije, pa se efekti reciklaže i spaljivanja uz iskorišćenje energije uključuju u model višekriterijumske optimizacije. Prilikom formiranja alternativa uzeti su u obzir i podaci o postojećim stanjima i o postavljenim ciljevima. Na primer, procenat reciklaže otpada u zemljama članicama EU se kreće od 10 do 50%. Za optimizaciju tretmana komunalnog otpada na području Novog Sada formirane su sledeće alternative: A1 Postojeće stanje, A2 Odlaganje na sanitarnu deponiju, A3 Kompostiranje, A4 Insineracija, A5 Mehaničko-biološki tretman (MBT) sa spaljivanjem u cementari, A6 Mehaničko-biološki tretman sa insineracijom. 57

83 Tabela 3. Skup alternativa, Procenti otpada tretiran pojedinim aktivnostima Aktivnosti Alternative A1 A2 A3 A4 A5 A6 Deponovanje* % Recikliranje % Kompostiranje % Spaljivanje % *Deponovanje otpad koji ide na deponiju pre navedenih tretmana; A3 - Kompost (9%) uračunat u recikliranje; A5 Deo za klinker (14%) uračunat u recikliranje; A6 20% na gasove posle biološkog tretmana Kriterijumi Kriterijumi za izbor rešenja tretmana otpada definisani su radi zadovoljenja sledećih ciljeva: a) zaštititi životnu sredinu b) poboljšati efikasnost funkcionisanja sistema, c) postizanje ekonomskih koristi. Za postizanje tih ciljeva, a na osnovu načela i prioriteta iz odeljka 2.2, definisane su sledeće kriterijumske funkcije: f1. Emisija azota N u hidrosferu, g N po stanovniku godišnje f2. Emisija ugljendioksida CO 2 iz deponovanog otpada, kg CO 2 po stanovniku godišnje f3. Ukupan organski ugljenik, TOC u deponovanom otpadu, kg po stanovniku godišnje f4. Recikliranje u procentima od sakupljenog otpada f5. Ukupan otpad za deponovanje posle tretmana otpada, % od sakupljenog otpada f6. Potrebna zapremina deponije, m3 po stanovniku godišnje. f7. Operativni troškovi za izvršavanje potrebnih aktivnosti (evro po toni sakupljenog otpada) f8. Investicioni troškovi upravljanja otpadom: prostor i oprema (evro) f9. Dobijena energija spaljivanjem (kwh/god) f10. Vrednost dobijenih sekundarnih sirovina za supstituciju (evro/god) f11. Potrebna energija za upravljanje i tretiranje otpada (MWh/god). Formulisanje kriterijumskih funkcija f1. Emisija azota N 2 u hidrosferu, g N po stanovniku godišnje f2. Emisija ugljendioksida CO 2 iz deponovanog otpada, kg CO 2 po stanovniku godišnje f3. Ukupan organski ugljenik, TOC u deponovanom otpadu, kg po stanovniku godišnje Za ove tri kriterijumske funkcije podaci se dobijaju laboratorijskim analizama i eksperimentima. f4. Recikliranje u procentima od sakupljenog otpada Koriste se podaci iz Tabele 1. o recikliranju. 58

84 f5. Ukupan otpad za deponovanje posle tretmana otpada, % od sakupljenog otpada f = o p /100 5 a a a gde: o a je procenat otpada od ulaznog otpada posle a-te aktivnosti, p a je procenat ukupnog otpada tretiran a-tom aktivnošću (iz Tabele 1, o 1 = 100). f6. Potrebna zapremina deponije, m3 po stanovniku godišnje. f = W / ρ 6 a a a gde: ρ a je gustina deponovanog otpada mase W a posle a-tog tretmana aktivnosti. Uzeto je da je m3 prostora potrebno za jednu tonu netretiranog deponovanog otpada, a za otpad posle MBT ρ a = 1.4. f7. Operativni troškovi za izvršavanje potrebnih aktivnosti (evro/god) f = t Qp /100 7 a a a gde: t a su jedinični troškovi za a-tu aktivnost, p a je procenat ukupnog otpada tretiran a-tom aktivnošću, Q je ukupna godišnja količina otpada. f8. Investicioni troškovi upravljanja otpadom: prostor i oprema (evro) f = ( tpp+ TO ) 8 a a a a gde: tp a su jedinični troškovi za prostor za a-tu aktivnost, P a je potreban prostor, TO a su troškovi opreme za a-tu aktivnost. f9. Dobijena energija spaljivanjem (MWh/god) f = e Qp /100 9 q q q gde: e q je energija iz jedinice q-te vrste otpada, p q je procenat q-te vrte otpada za spaljivanje. f10. Vrednost dobijenih sekundarnih sirovina iz otpada za supstituciju (evro/god) f = v sqp / s s s s gde: v s je jedinična novčana vrednost s-te sirovine, s s je količina s-te sirovine dobijene iz jedinice otpada, p s je procenat otpada koji daje sirovinu s. f11. Potrebna energija za upravljanje i tretiranje otpada (MWh/god) f = e Qp / a a a gde: e a je energija za jedinicu otpada tretiran a-tom aktivnošću, p a je procenat od ukupnog otpada tretiran a-tom aktivnošću. 59

85 Vrednovanje Metoda VIKOR zahteva da su poznate vrednosti svih kriterijumskih funkcija za sve alternative, u vidu matrice f ij n J, gde je f ij vrednost i-te kriterijumske funkcije za j-tu alternativu, n broj kriterijuma, J broj alternativa. Raznim postupcima vrednovanja obezbeđuju se potrebni podaci u vidu te matrice, odnosno Tabele 2. Grupa indikatora može poslužiti za prikupljanje podataka za višekriterijumsku optimizaciju sistema upravljanja komunalnim čvrstim otpadom u Novom Sadu. Originalni obrazci za prikupljanje podataka dati su u projektu (Projekat RAZ-APV, 2013). Rezultati vrednovanja su prikazani u Tabeli 4. za krtitrijume za koje su postojali raspoloživi podaci. Izvor podataka za vrednosti iz Tabele 4. je projekat (Projekat RAZ-APV, (2013). Za svaku realnu promenu metodologije iz ovog projekta trebalo bi koristiti podatke o radu postojećih objekata za upravljanje otpadom. Tabela 4. Alternative i vrednosti kriterijumskih funkcija za pilot-projekat Aktivnosti Alternative A1 A2 A3 A4 A5 A6 Deponovanje % Recikliranje % Kompostiranje % Spaljivanje % Kriterijumi Ekst Alternative A1 A2 A3 A4 A5 A6 Emisija azota Min Emisija CO 2 Min TOC Min Recikliranje % Max Uk. depon. otp % Min Deponija, m 3 /ca,y Min Oper. trošk. /t Min Dobijena en. TJ Max Potrebna en. TJ Min Rezultati metodom VIKOR Rezultati metodom VIKOR su dobijeni sa podacima iz Tabele 4. i sa težinama kriterijuma iz Tabele 5. Rezultati VIKOR-a sa jednakim težinama kriterijuma w i = 1: Rang lista: A4 (0.065), A5 (0.093), A6 (0.524), A3 (0.662, A 2 (0.869), A1 (1.0). U zagradi su vrednosti mere Q na osnovu koje se vrši rangiranje. VIKOR predlaže skup kompromisnih rešenja {A4,A5}, jer su to bliske alternative. 60

86 Kriterijumi Tabela 5. Težine kriterijuma Ekst. Težine SW1 SW2 SW3 Emisija azota Min Emisija CO 2 Min TOC Min Recikliranje % Max Uk. depon. otp % Min Deponija m 3 /(ca,y) Min Oper. trošk. /t Min Dobijena en. TJ Max Potrebna en. TJ Min SW1 jednake težine kriterijuma; SW2 veći značaj ekonomskim efektima; SW3 veći značaj uticaja na okolinu Rezultati VIKOR-a sa težinama {1,1,1,2,2,1,2,1,1}, veći značaj je dat kriterijumima f4 Recikliranje, f5 Ukupan otpad za deponovanje, f7 Operativni troškovi. Rang lista: A 5 (0.0), A 3 (0.4), A 4 (0.561), A 6 (0.783), A 2 (0.959), A 1 (1.0). VIKOR predlaže alternativu A5 kao kompromisno rešenje. Rezultati VIKOR-a sa težinama {2,2,2,3,2,1,1,1,1}, veći značaj je dat kriterijumima f1 Emisija azota, f2 Emisija ugljendioksida CO2, f3 Ukupan organski ugljenik TOC u deponovanom otpadu, f5 Ukupan otpad za deponovanje posle tretmana otpada i posebno reciklaža: Rang-lista: A5 (0.137), A3 (0.300), A 6 (0.415), A 4 (0.516), A 2 (0.910), A 1 (1.0). VIKOR predlaže skup kompromisnih rešenja A5,A3, jer su to bliske alternative. Razmatranjem pozicija predloženih kompromisnih rešenja zaključuje se da je alternativa A5 stabilnija i sa boljim pozicijama i zato se A5 predlaže za konačno rešenje Predloženo rešenje Opis predloženog sistema za tretman otpada Predloženi sistem za tretman otpada (A5) se sastoji od postrojenja za mehaničkobiološki tretman (MBT), spaljivanja u cementari, sanitarnoj deponiji i tržišta za reciklabilni materijal. Od sakupljenog komunalnog čvrstog otpada 6% je za reciklažu. Posle MBT 44% od sakupljenog otpada ide kao gorivo, 30% ide na deponiju, a jedan deo je emisija gasova. Cilj biološkog tretmana je degradacija organskih materijala i smanjivanje količina biorazgradivog otpada koji se odlaže na deponijama. U cementari, sagorljive frakcije napuštaju proces u vidu gasova, a nesagorljive frakcije (14%) se ugrađuju u klinker koji predstavlja komponentu cementa, što je uračunato kao reciklaža. Korišćenje otpada kao alternativno gorivo, odnosno supstitucija sirovina, nije ovde vrednovano. 61

87 Potrebna godišnja veličina deponije je m3, a godišnji troškovi sistema su 20 miliona evra. U odnosu na sadašnje deponovanje 100% otpada, potrebna deponija je 4,5 puta manja, a sistem je skuplji za 20%. MBT postrojenje. Postrojenje za mehaničko-biološki tretman (MBT) vrši mehanički i biološki tretman otpada. MBT smanjuje zapreminu otpada i stabilizuje organske frakcije koje se potom šalju na deponovanje. Mehanički tretman izdvaja materijale koji su manje pogodni za biološki tretman, eliminiše nepoželjne materije i šalje frakcije za čvrsto gorivo. Cilj biološkog tretmana je degradacija organskih materijala i smanjivanje količina biorazgradivog otpada koji se odlaže na deponiju. Biološkim tretmanom sprečava se formiranje deponijskih gasova i procednih voda, i imobilizacija kontaminanata. MBT sa anaerobnim tretmanom se uglavnom klasifikuju kao visoko tehnološka postrojenja (u odnosu na aerobni tretman). Najbolje je ako nakon anaerobnog sledi aerobni tretman. Spaljivanje otpada u cementari. Proizvodnja cementa zahteva dosta energije koja se dobije iz konvencionalnih goriva (koks, gas, nafta). Kao dodatak ovim gorivima može se koristiti gorivo dobijeno iz otpada. Ovo gorivo je izlaz iz MBT postrojenja. Nesagorljive frakcije preostale od spaljenog otpada se ugrađuju u klinker koji predstavlja komponentu cementa, što se uračunava kao reciklaža. Ovakav tretman otpada ne proizvodi otpad za deponiju. Spaljivanje otpada u cementari ima tri korisna efekta: supstitucija klasičnog goriva, supstitucija sirovina za klinker i nema deponovanja otpada od spaljivanja. Industrija cementa je zainteresovana za korišćenje otpada kao alternativnog gorivo, jer se smanjuje cena proizvodnje cementa. Sanitarna deponija. Sanitarna deponija se projektuje za period od 20 i više godina, Opremanje prostora se vrši po kasetama, jedna kaseta za period od 4 do 5 godina. Svaka kaseta se projektuje kao zasebna celina, hidroizolovana i opremljena za sakupljanje deponijskog gasa i za prikupljanje procednih voda. Svaki sloj odloženog otpada se pokriva inertnim materijalom iz otpada. Kada je jedna kaseta skoro napunjena, otvara se sledeća kaseta, a napunjena se zatvara (Miloradov 2010, 2012). Za ovaj sistem tretmana otpada potrebna je površina lokacije od oko 5o ha. Tržište za reciklabilni materijal. Ponovno iskorišćenje i reciklaža otpada, izdvajanje sekundarnih sirovina iz otpada i korišćenje otpada kao energenta, jeste cilj definisan zakonom o upravljanju otpadom. Predlaže se postizanje stope ponovnog iskorišćenja i reciklaže ambalažnog otpada (staklo, papir, karton, metal i plastika) na 25% od njegove količine. Tematska strategija EU upozorava da se interno tržište mora olakšati aktivnosti reciklaže i ponovne upotrebe uz postavljanje visokih standarda zaštite životne sredine. Kao preduslov dostizanja navednih ciljeva, potrebno je modernizovati postojeći regulatorni okvir koji se ogleda kroz uvođenje analize životnog ciklusa u politiku upravljanja i pojednostavljenje i pojašnjenje zakonodavstva o otpadu EU. Autonomna Pokrajina Vojvodine finansirala je iz prihoda Fonda za zaštitu životne sredine podsticanje tržišta recikliranih materijala. Mogućnosti realizacije Predloženo rešenje za tretman otpada je samo jedna komponenta regionalnog centra za upravljanje komunalnim otpadom. Realizacija rešenja za tretman je uslovljena rešavanjem prethodnih zadataka navedenih u glavi 3. Trebalo bi preispitati ranije predlože- 62

88 nu organizaciju regionalnog centra Novi Sad. Utvrditi lokacije za postrojenja i deponija za upravljanje komunalnim otpadom u prostornim planovima. Uraditi regionalni plan upravljanja otpadom, na koji saglasnost daje nadležni organ AP Vojvodine. Utvrditi načine finansiranja upravljanja otpadom i izgradnje postrojenja iz fondova APV i lokalnih samouprava. Vreme realizacija nije lako predložiti jer je upravljanje otpadom složeno, mukotrpno i skupo. Na osnovu analiza postojećeg stanja i prioriteta u ovom Projektu utvrđeni su sledeći prioriteti: Formiranje regionalnog centra za upravljanje otpadom u okviru kojeg će se otpad sakupljen iz više opština tretirati na postrojenjima za tretman otpada i odlagati na deponiju uz finansijsku pomoć APV i lokalnih samouprava. Regionalnim planom definišu se zajednički ciljevi u upravljanju otpadom. Formiranje i promovisanje centara za odvojeno primarno sakupljanje reciklabilnog otpada (papira, limenki, stakla, plastike, električni aparati, kabasti otpad itd.) gde će građani sami donositi otpad. Jedinica lokalne samouprave treba da obezbedi i opremi ove centre uz podršku APV. Primeniti princip pune nadoknade troškova za usluge sakupljanja i odlaganja otpada i uvođenje podsticajnih instrumenata za ponovnu upotrebu i reciklažu otpada uz podršku nadležnog organa APV i lokalne samouprave. Zatvaranje, sanacija i rekultivacija postojećih divljih deponija-smetilišta koje organizuje i finansira APV i lokalne samouprave. Plan implementacije i institucionalna podrška za navedene aktivnosti može biti preciznije izraženo u glavnim projektima istih. 6. IZBOR LOKACIJE ZA REGIONALNU DEPONIJU Zakon o upravljanju otpadom (Zakon UO, 2009) i Strategija upravljanja otpadom za period (Strategija UO, 2010) definišu principe upravljanja otpadom, uključujući planiranje i upravljanje deponijama, koji su zajednički svim direktivama EU u ovoj oblasti. Direktiva Saveta 99/31/ES o deponijama ima za cilj da se uvođenjem strogih tehničkih zahteva redukuju negativni efekti odlaganja otpada na životnu sredinu, naročito na zemljište, podzemne i površinske vode, kao i efekte na zdravlje stanovništva. Odlaganje otpada na deponiju vrši se ako ne postoji drugo odgovarajuće rešenje, u skladu sa načelom hijerarhije upravljanja otpadom. Plan za deponiju definiše opremanje deponije, infrastrukturu lokacije, rekultivaciju posle zatvaranja. Vlada Republike Srbije propisala je uslove i kriterijume za projektovanje, izgradnju i rad deponije otpada. Postoji Uredba o odlaganju otpada na deponije (Sl. glasnik RS, br. 92/2010) kojom se propisuju uslovi i kriterijumi za određivanje lokacije, tehnički i tehnološki uslovi za projektovanje, izgradnju i rad deponija otpada, vrste otpada čije je odlaganje na deponiji zabranjeno, količine biorazgradivog otpada koje se mogu odložiti, kriterijumi i procedure za prihvatanje ili neprihvatanje, odnosno odlaganje otpada na 63

89 deponiju, način i procedure rada i zatvaranja deponije, sadržaj i način monitoringa rada deponije, kao i naknadnog održavanja posle zatvaranja deponije. U ovoj glavi prikazana je mogućnost primene višekriterijumke optimizacije i metode VIKOR za izbor lokacije za regionalnu deponiju u regionalnom industrijskom centru. U Strategiji UO (2010) prikazana je planirana mreža regionalnih centara za upravljanje komunalnim otpadom Višekriterijumski model Alternative Alternative se određuju za dati regionalni centar sa utvrđenim sistemom za tretman otpada. Skup alternativa čine potencijalne lokacije koje zadovoljavaju uslove i ograničenja propisanih zakonskim i strateškim dokumentima. Prilikom određivanja lokacije za deponiju moraju se uzeti u obzir opšti uslovi: namena prostora, topografija terena, hidrogeološki uslovi, infrastruktura. Svaka alternativa treba da ima potreban prostor za deponovanje otpada, za potrebne objekte i površine za komunikaciju, po tome su sve alternative jednake. Za svaku lokaciju treba utvrditi činjenično stanje na terenu istražnim radovima i procenom uticaja na životnu sredinu. U studiji (Studija o deponijama, 2005) se navodi da se potencijalne lokacije mogu sagledati na osnovu kategorizacija terena prema prirodnim, geološkim, hidro i inženjersko-geološkim karakteristikama za lokacije deponija, i ograničenjima u oblasti infrastrukture, poljoprivrede, vodoprivrede i šumarstva (data je ideja bez metodologije). Uredbom o odlaganju otpada na deponije (2010) propisana su sledeća ograničenja za lokaciju deponije: Udaljenost bar 500 m od granice stambenog dela naselja. Udaljenost bar 300 m od pojedinačnih kuća van naselja i da nije u vidnom polju. Deponija se može locirati na određenoj udaljenosti od obala, zdravstvenog objekta, zaštićenog područja, kulturnog dobra, stovarišta zapaljivog materijala i vojnog objekta u skladu sa posebnim propisima i uslovima nadležnih organa i institucija. U odnosu na saobraćajnu i tehničku infrastrukturu, deponija se ne može locirati u skladu sa posebnim propisima i uslovima nadležnih organa i institucija. Razmatra se lokacija za zapreminu i kapacitet deponije za vreme duže od 20 godina u skladu sa odgovarajućim urbanističkim planom. Opšti uslovi i kriterijumi za određivanje lokacije za deponiju dati su detaljnije u Uredbi (2010). Bitan faktor kod formiranja skupa alternativa jeste vlasništvo nad zemljištem potencijalne lokacije. Eventualni problem treba rešavati u fazi utvrđivanja potencijalnih lokacija. Smatra se da u slučaju kada je zemljište u privatnoj svojini može biti većih teškoća nego u slučaju državne svojine ili u slučaju kada zemljište pripada vlasniku otpada. Za ovaj projekat potreban je skup alternativnih lokacija za regionalnu deponiju. U vreme rada na ovom projektu (2014) nisu postojali podaci o alternativnim lokacijama za region Novog Sada, uglavnom zbog stava da je postojeća deponija dobro rešenje i za regio- 64

90 nalnu deponiju. Postojala je i odluka za izbor lokacije, u neposrednoj blizini postojeće deponije. Međutim, zbog uticaja javnog mnjenja, mediji su objavili informaciju da nije određena lokacija regionalne deponije u Novom Sadu i da se traži lokacija za regionalnu deponiju. Pojavio se i tekst Od novosadske deponije prave regionalnu deponiju kršeći zakone i propise (tekst je nastao kao zajedničko istraživanje Radija 021 i portala Pištaljka ). Za vrednovanje novih alternativnih rešenja neophodni su podaci sa kojima ovaj projekat nije raspolagao te nisu mogli da se realizuju konkretni proračuni za izbor optimalne lokacije. Zato je u nastavku data samo metodologija za izbor lokacije za regionalnu deponiju bez numeričkih rezultata primene VIKOR metode. Kriterijumi 1. Uticaj na životnu sredinu 2. Uticaj okoline na deponiju 3. Kvalitet zemljišta (poželjan lošiji) 4. Postojanje infrastrukture (putevi, električna energija, vodovod) 5. Troškovi izgradnje deponije 6. Operativni troškovi na deponiji 7. Transportni troškovi od transfer-stanica do deponije 8. Sociološki uticaj javnog mnjenja Formulisanje kriterijumskih funkcija f 1 Uticaj na životnu sredinu Eksperti ocenjuju potencijalni uticaj na životnu sredinu (vazduh, podzemne vode, biljni i životinjski svet, stanovništvo), na osnovu udaljenosti od naselja, vodosnabdevanja, spomenika, površinskih voda, zastićenih zona. Ocena 1 do 10 (najlošiji). f 2 Uticaj okoline na deponiju Eksperti ocenjuju potencijalni uticaj, ocena 1 do 10 (najlošiji). Ocenjuje se teren prema prirodnim, geološkim, hidro i inženjersko-geološkim karakteristikama, a od klimatskih elemenata (padavine i vetrovi). Kriterijum uključuje sledeće indikatore: geomorfologija reljef, lito-strukturalni, udaljenost od podzemnih voda. f 3 Kvalitet zemljišta Klasa zemljišta prema katastru nepokretnosti, poželjan lošiji kvalitet. f 4 Postojanje infrastrukture Eksperti ocenjuju postojanje puta i mogućnosti priključenja na električnu i vodovodnu mrežu u blizini deponije, ocena 1 do 10 (najbolje stanje). f 5 Troškovi izgradnje deponije Investicioni troškovi za prostor i opremu u sistemu deponije (evro) f = ( tpp+ TO ) 5 a a a a gde: tp a su jedinični troškovi za prostor za a-tu aktivnost u sistemu deponije, P a je potreban prostor, a TO a su troškovi opreme za a-tu aktivnost na deponiji. 65

91 f 6 Operativni troškovi na deponiji Operativni troškovi za izvršavanje potrebnih aktivnosti u sistemu deponije (evro/ god) f 6 = a a t Q d gde: t a su jedinični troškovi za a-tu aktivnost u sistemu deponije, Q d je ukupna godišnja količina otpada za odlaganje. f 7 Transportni troškovi Transportni troškovi od transfer-stanica do deponije (poželjan obim direktnog transportovanja je oko 20 km). f 7 = s R s Q s gde: R s je dužina puta od s-te transfer-stanice do deponije, Q s je godišnja količina otpada iz s-te stanice za deponiju. f 8 Sociološki kriterijum Sagledava se uticaj javnog mnjenja na izbor lokacija iz prethodno analiziranog skupa alternativa. Posle razmatranja razloga eventualnog nezadovoljstva građana da potencijalna regionalna deponija bude na datoj lokaciji, ocenjuju se razlozi nezadovoljstva tih građana. Data lokacija se može isključiti iz skupa alternativa ukoliko se obe strane saglase da postoje objektivni razlozi protiv te lokacije. Ovaj kriterijum uključuje i sagledavanje političkog uticaja. Vrednovanje Vrednovanje svake alternative treba uraditi prema svim kriterijumima posebno. Vrednosti kriterijumskih funkcija mogu biti izražene u vidu: kvantitativnih ekonomskih pokazatelja, kvantitativnih tehničkih pokazatelja, kvalitativnih pokazatelja (ocene ili bodovi). Ekonomski pokazatelji se vrednuju ekonomskim analizama, a prvenstveno se odnose na troškove izgradnje i rada sistema i na dobiti (ili/i troškove) korisnika. Kriterijumska funkcija f 5 Troškovi izgradnje deponije su investicioni troškovi za izgradnju i opremu sistema, uključujući koštanje materijala, radne snage, mehanizacije, zauzetog zemljišta i razna finansijska opterećenja. Kriterijumska funkcija f 6 Operativni troškovi na deponiji su godišji troškovi rada i održavanja sistema, uključujući radnu snagu, sirovine, zamenu dela opreme i materijala, i benefit na deponiji kao finansijska kategorija. Kvantitativni tehnički pokazatelji se vrednuju tehničkim ili statističkim analizama ili merenjima. Vrednovanje alternativa tehničkim pokazateljima često se vrši istovremeno sa generisanjem alternative, pogotovu kada se za to koristi eksperiment na realnom sistemu. Ovakvim kriterijumskim funkcijama vrednovani su efekti u odeljku 5.2, a u 66

92 ovom primeru izbora lokacije deponije funkcija f 7 Transportni troškovi od transferstanica do deponije se izražava pomoću dve merljive veličine Kvalitativno vrednovanje alternativa se vrši za one efekte i pokazatelje za koje ne postoje mogućnosti da se to uradi ekonomskim ili tehničkim analizama. U ovu grupu efekata i pokazatelja spadaju: uticaj na ljudsko zdravlje, uticaj na istorijske spomenike, uticaj na biljni i životinjski svet, uticaj na ambijentalnu vrednost okoline, zadovoljstvo ili udobnost korisnika sistema. Vrednovanje ovakvih efekata vrši se (subjektivno) od strane odgovarajućih eksperata i to davanjem ocena (ili bodova) u okviru skale vrednovanja za datu kriterijumsku funkciju. Na primer, ako se vrednuje loš uticaj na okolinu ocene mogu biti, na primer 1 (najbolje) za zanemarljiv uticaj, 4 za slab uticaj, 10 za slučaj kada je okolina vrlo osetljiva i posledice negativnog uticaja su vrlo značajne. U ovom primeru kvalitativno vrednovanje je predloženo za: f 1 Uticaj na životnu sredinu, f 2 Uticaj okoline na deponiju, f 4 Postojanje infrastrukture, i f 8 Sociološki kriterijum. I funkcija f 3 Kvalitet zemljišta, može se ubrajati u kvalitativne jer se kao vrednost koristi klasa zemljišta prema katastru nepokretnosti. Uticaj na životnu sredinu f 1 se ocenjuje na osnovu procene potencijalnih uticaja na biljni i životinjski svet, stanovništvo, zaštićena područja (nacionalni park, specijalni rezervat prirode, spomenici prirode), vazduh, površinske i podzemne vode; ocena 1 do 10 (najlošiji). Uticaj okoline na deponiju f 2 se ocenjuje na osnovu procene potencijalnih uticaja okoline na deponiju sa stanovišta geoloških karakteristika terena (lito-strukturalna), prirodnih (geomorfologija), hidro (dubina podzemnih voda), kao i klimatskih elemenata (padavine i vetrovi); ocena 1 do 10 (najlošiji). Jedan od sistematizovanih postupaka za sagledavanje kriterijumske funkcije i načina vrednovanja je da se definiše hijerarhijska struktura ciljeva (c), kriterijuma (f) i osnovnih pokazatelja (p). Elementarni pokazatelji moraju biti izraženi u istim jedinicama mere, kako bi se omogućilo jednostavnije određivanje vrednosti kriterijumske funkcije (f). Metoda VIKOR zahteva da su poznate vrednosti svih kriterijumskih funkcija za sve alternative, u vidu matrice f ij n J, gde je f ij vrednost i-te kriterijumske funkcije za j-tu alternativu, n broj kriterijuma, J broj alternativa. Raznim postupcima vrednovanja obezbeđuju se potrebni podaci u vidu matrice, odnosno Tabele 6. Za svaku realnu primenu metodologije iz ovog Projekta trebalo bi koristiti podatke o radu postojećih objekata za tretiranje i odlaganje otpada. 67

93 Tabela 6. Vrednosti kriterijumskih funkcija Kriterijumi Jedinice Ekst Uticaj na životnu sredinu Ocena Min Uticaj okoline na deponiju Ocena Min Kvalitet zemljišta Klasa Min Postojanje infrastrukture Ocena Max Troškovi izgradnje dep. -evro Min Operativni trošk. na dep. /god Min Transportni troškovi kmton/g Min Sociološki kriterijum Ocena Min Alternative A1 A2 A3 A4... AJ 6.2. Rezultati VIKOR-om i predloženo rešenje Za dobijanje rezultata metodom VIKOR pored podataka iz Tabele 4. potrebne su i težine kriterijuma. Tri skupa vrednosti težina za odgovarajuće preferencije odlučivanja dati su u Tabeli 5. Tabela 5. Težine kriterijuma Kriterijumi kst. SW1 SW2 SW3 1. Uticaj na životnu sredinu min Uticaj okoline na deponiju min Kvalitet zemljišta min Postojanje infrastrukture max Troškovi izgradnje deponije min Operativni troškovi na deponiji min Transportni troškovi min Sociološki kriterijum min SW1 jednake težine kriterijuma; SW2 veći značaj ekonomskim efektima; SW3 veći značaj uticaja na okolinu Jedna raspodela preferencije slična scenariju odlučivanja sa težinama SW3 iz Tabele 5. data je u doktorskoj disertaciji (Vasiljević, 2011) navodeći da su Tehno-ekonomski faktori (težina 0.06, Nemetalna eksploataciona polja nemetalne sirovine, Izvori termomineralnih voda, Energetska infrastruktura, Gasna infrastruktura dalekovodi, Aerodromi, Seizmika) i Društveni aspekt (0.09, Naselja i vidljivost, Nagib zemljišta) manje značajni u procesu izbora odgovarajuće lokacije deponije nego Geoprirodni (0.55, Lito-strukturalni, Udaljenost od podzemnih voda, Geomorfologija) i Faktori životne sredine (0.29, Zaštićena područja nacionalni park specijalni rezervat prirode, spomenici prirode, Površinske vode, Korišćenje zemljišta), dok je značaj Geo-prirodnih faktora veći od značaja Faktora životne sredine, što je u potpunosti u saglasnosti sa EU Direktivama i nacionalnom zakonskom regulativom u oblasti život 68

94 ne sredine i upravljanja otpadom. Težine kriterijuma iz navedene disertacije su prikazane i u odeljku 6.4. Rezultati metodom VIKOR se dobijaju sa podacima iz Tabele 4. i sa težinama kriterijuma iz Tabele Primer identifikacije pogodnih zona za lociranje deponija U doktorskoj disertaciji (Vasiljević, 2011) prikazan je postupak za identifikaciju potencijalno pogodnih zona za lociranje sanitarnih regionalnih deponija na području Srema. Postupak se zasniva na kombinovanju GIS-a i AHP-a. Geografski informacioni sistem (GIS) je alat za unos, čuvanje, manipulisanje, analizu i prikazivanje velikog broja prostornih podataka. Analitički hijerarhijski proces (AHP) predstavlja jedan od često korišćenih metoda višekriterijumske analize. Autor koristi podatke o sistemu koje daju ispitanici u vidu lingvističkih varijabli, ali uvek se nameće pitanje objektivnosti takvog vrednovanja. U postupku vrednovanja, svakom od usvojenih kriterijuma i pod kriterijuma dodeljena je različita ocena (rang) na skali od 1 (nepovoljne lokacije za lociranje deponija) do 7 (najpovljnije lokacije za lociranje deponija) u skladu sa zakonskim ograničenjima, iskustvom eksperata uključenih u vrednovanje i internacionalnom literaturom. Na osnovu tih podataka određene u težine ključnih kriterijuma u procesu odlučivanja o pogodnosti zemljišta za izgradnju regionalne deponije. Geo-prirodni faktori: Težine Geomorfologija Lito-strukturalni Dubina podzemnih voda Faktori životne sredine: Zaštićena područja Korišćenje zemljišta Površinske vode Pravac vetrova Društveni faktori: Naselja i vidljivost Tehno-ekonomski faktori: Nagib zemljišta Saobraćajna infrastruktura Aerodromi Nemetalna eksploataciona polja Energetska infrastruktura Seizmika Na osnovu dobijenih težina potvrđeno je da su tehno-ekonomski faktori manje značajni u procesu izbora odgovarajuće lokacije deponije nego geo-prirodni i faktori životne sredine, dok je značaj geo-prirodnih faktora veći od značaja faktora životne sredine. 69

95 U istraživanju su korišćene mape prikupljene iz različitih izvora. Digitalni model terena (DEM) korišćen je za pripremu mapa aspekata. Sve vektorske mape povezane sa odabranim kriterijumima konvertovane su u rasterske mape rezolucije 50x50m. Raster je potom konvertovan u reklasifikovani raster za svaki kriterijum i vrednosti vi; ix; iy (i=1,2,..,n) za svaki kriterijum u ćeliji (ix; iy)) su dodeljene svakoj novoj klasi. Na osnovu faktora ograničenja urađene su mape faktora ograničenja (a rasedi, b regionalna izvorišta vodosnabdevanja, c zaštićena područja, d površinske vode, e naselja, f kulturno nasleđe, g državna granica) koja pokazuje zone u kojima je zabranjeno locirati deponije ili su nepoželjne sa stanovišta faktora koji su istovremeno i kriterijum i ograničenje. Rađene su mape pogodnosti za grupe kriterijuma životne sredine, geo-prirodne, društvene i tehno-ekonomske. Vršeno je otežavanje mapa pogodnosti i sumiranje otežanih mapa u mapu pogodnosti. Kombinovanjem mape pogodnosti sa mapom ograničenja formirana je konačna AHP+GIS mapa pogodnosti. Sa konačne mape pogodnosti proističe da je više od 80% teritorije Srema nepogodno za lociranje deponija. Od preostale teritorije, 0.76% ima veoma malu pogodnost (Slika 2) za lociranje deponija, 2.21% ima malu pogodnost (2), 5.24% je pogodno (3) i 9.14% je veoma pogodno (4) za lociranje deponija u Sremu. Nakon indentifikacije prihvatljivih makrolokaliteta, odnosno zona za izgradnju regionalnih deponija, sve pogodne lokacije grupisane su u 12 potencijalno zona za lociranje deponija. Na osnovu blizine velikih generatora otpada, dve značajne urbane aglomeracije na ovom području su identifikovane: Inđija Stara Pazova i Sremska Mitrovica Ruma. Kao konačna preporuka, deponiju u regionu Srema neophodno je locirati u jednoj od sledećih zona 4, 7, 9, 10 ili 11, te je buduća istraživanja neophodno fokusirati u ovim područjima. Slika 2. Potencijalne zone za lociranje deponija u regionu Srema (1-12) Krugovi: urbane aglomeracije Izvor: doktorska disertacija (Vasiljević, 2011) 70

96 Napominje se da je ovde osnovni cilj bio identifikacija pogodnih zona za lociranje regionalnih deponija u regionu Srema. Ovaj postupak se može primeniti u preliminarnoj studiji kada se identifikuje skup alternativnih rešenja. Izbor mikrolokacije za izgradnju deponije je poseban problem koji bi mogao da se reši metodologijom iz prethodnih poglavlja (6.2 i 6.3). Na primer, izbor lokacije deponije za regionalni sistem Inđija. U Strategiji UO (2010) prikazan je i planirani regionalni centar za upravljanje komunalnim otpadom sa sledećim sastavom: Inđija, Irig, Ruma, Sremski Karlovci, Pećinci, Stara Pazova. Lokalna samouprava Inđija predviđena je za nosioca aktivnosti izgradnje regionalnog centra. Na tom području broj stanovnika (2002.) je , količina otpada (2009) t/god. Dati su podaci o lokalnim samoupravama: lokalna samouprava, broj stanovnika prema popisu iz godine, količina proizvedenog otpada 2009, t, i projekcija količina proizvedenog otpada 2020, t: Inđija Irig Pećinci Ruma Stara Pazova Sremski Karlovci Izvor podataka o količinama otpada godine: Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad. Na Slici 2. prikazane su četiri potencijalne zone (9, 10, 11, 12) za lociranje deponija na području sistema Inđija. Ispitivanjem terena identifikovanih zona utvrđivale bi se potencijalne mikrolokacije za izgradnju regionalne deponije. Višekriterijumski model bi se formulisao postupkom iz poglavlja 6.1. Rangiranje alternativa metodom VIKOR i predloženo rešenje bi se izvršilo postupcima iz poglavlja ZAKLJUČAK Veliki doprinos zaštiti životne sredine postiže se razvojem tehnologija za kvalitet vazduha, za smanjivanje zagađivanja površinskih i podzemnih voda, i za održivo korišćenje zemljišta, a neadekvatno upravljanje raznim vrstama otpada je glavni uzrok zagađivanja vazduha, vode i zemljišta. Zato se posebno obrađuju tehnologije upravljanja otpadom. Tehnološki razvoj u oblasti upravljanja otpadom se može postići inovacijama i boljim tehnologijama za: izgradnju deponija, tretman opasnog otpada, monitoring kvaliteta životne sredine, korišćenje materijala sa malim štetnim uticajem na životnu sredinu, dobijanje sekundarnih sirovina, korišćenje otpada u energetske svrhe, plasman reciklabilnih proizvoda, izrada planova o upravljanju otpadom i stimulisanje javnosti da zaštiti životnu sredinu. Mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom su prikazane u Glavi 3. Navedeni su značajniji zadaci odlučivanja u oblasti 71

97 upravljanja otpadom za čije rešavanje se predlaže metoda VIKOR za višekriteijumsku optimizaciju i to: Organizacija regionalnog sistema za upravljanje otpadom, Izrada Plana o upravljanju otpadom, Izbor sistema za tretman prikupljenog otpada (primer u Glavi 5), Određivanje lokacija za transfer-stanice, Izbor lokacije za regionalnu deponiju (metodologija u Glavi 6). Određivanje valjanog-najpovoljnijeg rešenja treba vršiti na osnovu zadovoljenja ciljeva o zaštititi životne sredine, poboljšanju efikasnost i funkcionisanja sistema, uz povećanje dobiti i smanjivanje novčanih izdataka. Obično su ovakvi ciljevi konfliktni zato se zadaci rešavaju višekriterijumskom optimizacijom (metodologija u Glavi 4). Trebalo bi nastaviti sa podsticanjem primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje otpadom. Realizacija rešenja pojedinih zadataka je uslovljena rešavanjem ostalih zadataka za plan upravljanja otpadom. Vreme realizacija nije lako predložiti jer je upravljanje otpadom složeno, mukotrpno i skupo. Plan implementacije i institucionalna podrška za navedene aktivnosti može biti preciznije izraženo u glavnim projektima istih. Trebalo bi nastaviti istraživanja u pravcu određivanja tranzicije od postojećeg stanja do ciljanog upravljanja otpadom. Cilj su optimalna rešenja pojedinih zadataka. Tranzicija višeetapna (sekvencijalna) i sa više paralelnih puteva (istovremeno) se formuliše kao model redosleda (rasporeda) aktivnosti uz korišćenje zajedničkih ograničenih resursa (finansijski, socijalni, ekološki). Tranzicija utvrđena višekriterijumskom optimizacijom ubrzala bi i olakšala primenu plana upravljanja. 8. LITERATURA Butler, J., Morrice, D.J., Mullarkey, P.W. (2001). A Multiple Attribute Utility Theory Approach to Ranking and Selection. Management Science 47(6), Ćurić, N. (2013). Additional Information Toward Inter Municipal Agreement Effectiveness, Proceedings of the III International Conference Ecology of Urban Areas, Zrenjanin. Duckstein, L., Opricovic, S. (1980). Multiobjective Optimization in River Basin Development. Water Resources Research, 16(1), Grabisch, M., Marichal, J.L., Mesiar, R., Pap, E. (2009), Aggregation Operators, Cambridge University Press. Keeney, R., Raiffa, H. (1976). Decisions with multiple objectives - preferences and value tradeoffs. John Wiley & Sons, New York. Miloradov, M. (2010). Idejni projekat regionalne sanitarne deponije komunalnog otpada sa centrom za reciklažu u Subotici, Hidrozavod DTD, Novi Sad. Miloradov M. (2012). Integralno, optimalno i održivo upravljanje otpadom, Pristupna beseda VANU, Akademske besede, Novi Sad. Miloradov, M., Opricović, S., Stanisavljević, N. (2013). Multicriteria Decision Making for Sustainable Environmental Protection, Proceedings of the III International Conference Ecology of Urban Areas, Zrenjanin, pp Miloradov, M., Deđanski, A. (2014). Strategy of Municipal Waste Management, IV International Conference Ecology of urban areas, Zrenjanin. 72

98 Miloradov, M., Opricovic, S, (2014). Municipal Waste Treatment System Selection by the VIKOR Method, 20th International Conference Engineering for Environment Protection TOP, June 2014, Bratislava. Miloradov, M., Opricovic, S, (2015). Waste management solutions by the VIKOR method, 34 th International Conference on Organizational Science Development, Portorož, Slovenia. Milosevic, I., Naunovic, Z. (2013). The application of a multi-parameter analysis in choosing the location of a new solid waste landfill in Serbia, Waste Management & Research, DOI: / X Opricović, S., (1998). Višekriterijumska optimizacija sistema u građevinarstvu, Građevinski fakultet, Beograd. Opricovic, S., Tzeng, G.H. (2004). The Compromise solution by MCDM methods: A comparative analysis of VIKOR and TOPSIS, European Journal of Operational Research, 156(2), Opricovic, S., Tzeng, G.H. (2007) Extended VIKOR Method in Comparison with Outranking Methods, European Journal of Operational Research, Vol. 178, No 2, pp Opricović, S., Miloradov, M., Vojnović-Miloradov, M. (2015). Environmental Protection Solutions by Multicriteria Decision Making, Invited paper at the 4th Internatioanl Conference on Energy Systems, Environment, Entrepreneurship and Innovation, Dubai. Pap, E. (2002a) Aggregation operators in the engineering design, (Eds. C. Tomasa, G. Mayor, R. Mesiar) volume 97 of Studies in Fuzziness and Soft Computing, Springer- Verlag, Pap, E. (2002b) Handbook of Measure Theory, Volume I, II, Elsevier, North-Holland, Plan za Novi Sad, (2011). Regionalni plan upravljanja otpadom za grad Novi Sad i opštine Bačka Palanka, Bački Petrovac, Beočin, Žabalj, Srbobran, Temerin i Vrbas, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad. Pravilnik PMO, (2010). Pravilnik o medicinskom otpadu, Službeni glasnik RS, broj 78/2010. Projekat RAZ-APV, (2013). Istraživanje elemenata osnovnih pravaca tehnološkog razvoja u AP Vojvodini, VANU, Novi Sad. Stanisavljević N., (2013). Modelovanje sistema za upravljanje otpadom primenom analize tokova materijala, Doktorska disertacija, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad. Strategija RAZ-APV, (2007). Osnovni pravci tehnološkog razvoja Autonomne Pokrajine Vojvodine, Izvršno veće Autonomne Pokrajine Vojvodine, Novi Sad. Strategija Klastera, (2007). Strategija razvoja klastera na teritoriji AP Vojvodina za period od do godine, Pokrajinski sekretarijat za privredu, Novi Sad. Strategija UO, (2010). Strategija upravljanja otpadom za period , Vlada Republike Srbije, Beograd, Službeni glasnik RS. Strategija O-RAZ, (2008). Nacionalna strategija održivog razvoja, Službeni glasnik RS, broj 57/08. 73

99 Strategija Aprok. ZŽS, (2011). Nacionalna strategija za aproksimaciju u oblasti životne sredine za Republiku Srbiju, Službeni glasnik RS. Studija o deponijama, (2005). Studija prostornog razmeštaja regionalnih deponija i transfer-stanica na području AP Vojvodine, I faza, utvrđivanje kriterijuma za lociranje regionalnih deponija i transfer-stanica, JP Zavod za urbanizam Vojvodine Novi Sad. Šooš, L., Murgašová, M. (2013). Waste Management in the EU and Slovakia, Proceedings of the III International Conference Ecology of Urban Areas, Zrenjanin. UNDP Conference, (2007). Environmental Policy in South- Eastern Europe, UNDO Conference, Belgrade. Uredba o odlaganju otpada na deponije, Službeni glasnik RS, br. 92/2010. Vasiljević, T., (2011). Primena gis-a, analitičkog hijerarhijskog procesa i fazi logike pri izboru lokacija regionalnih deponija i transfer-stanica, Doktorska disertacija, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad. Vincke, P. (1992). Multicriteria Decision-Aid. John Wiley & Sons, New York. Yu, P.L. (1973). A Class of Solutions for Group Decision Problems. Management Science 19(8), Zakin, M., Radovanović, Lj., Pekez, J., Adamović, T., Kucora, I. (2013). Awareness on Waste Management in the City of Zrenjanin, Proceedings of the III International Conference Ecology of Urban Areas, Zrenjanin. Zakon ZŽS, (2004). Zakon o zaštiti životne sredine, Službeni glasnik RS, broj 135/04. Zakon UO, (2009). Zakon o upravljanju otpadom, Službeni glasnik RS, broj 36/09, Zakon UŽS, (2009). Zakon o proceni uticaja na životnu sredinu, Službeni glasnik RS, broj 36/09. SUMMARY The application of multicriteria optimization on the waste management is analyzed. Several important tasks are considered proposing method VIKOR for multicriteria optimization. The solution is determined according to the environmental objectives, system efficiency, and economic criteria. These objectives are conflicting and the tasks are solved by multicriteria optimization. The application of multicriteria optimization is proved by solving two tasks: selection of municipal waste treatment system and selection of regional landfill location. 74

100 TITLES Studying the possibilities of the application of multicriteria optimization on the municipal waste management 1. Introduction 2. Actual waste management situation 3. Important tasks of decision making in waste management 3.1. Basic tasks 3.2. Organization at local level 3.3. Organization of regional system for waste management 3.4. Making waste management plan 3.5. Selecting system for treatment of collected waste 3.6. Determining locations for transfer stations 3.7. Selection of regional landfill location 3.8. Financing waste management 4. Multicriteria optimization and VIKOR method 4.1. The procedure of multicriteria optimization 4.2. VIKOR method 4.3. Aggregation and normalization in the VIKOR method 5. Selection of municipal waste treatment system 5.1. Actual state of waste management 5.2. Existing decision making approaches for regional system 5.3. Existing decision making for municipal waste treatment 5.4. Multicriteria model and results by the VIKOR method Alternatives Criteria Formulation of criterion functions Evaluation Results by the VIKOR method 5.5. Proposed solution Description of proposed waste treatment system Realization possibilities 6. Selection of regional landfill location 6.1. Multicriteria model Alternatives Criteria Formulation of criterion functions Evaluation 6.2. Results by the VIKOR method and proposing solution 6.3. An example of identification of suitable zones for landfill locations 7. Conclusion References 75

101 NASLOVI Istraživanje mogućnosti primene višekriterijumske optimizacije na upravljanje komunalnim otpadom 1 Uvod 2. Postojeće stanje upravljanja otpadom 3. Značajniji zadaci odlučivanja u oblasti upravljanja otpadom 3.1 Osnovni zadaci 3.2 Organizacija rada na nivou opštine 3.3 Organizacija regionalnog sistema za upravljanje otpadom 3.4 Izrada Plana o upravljanju otpadom 3.5 Izbor sistema za tretman prikupljenog otpada 3.6 Određivanje lokacija za transfer-stanice 3.7 Izbor lokacije za regionalnu deponiju 3.8 Finansiranja upravljanja otpadom. 4. Višekriterijumska optimizacija i metoda VIKOR 4.1 Postupak višekriterijumske optimizacije 4.2 Metoda VIKOR 4.3. Agregacija i normalizacija u metodi VIKOR 5. Izbor sistema za tretman komunalnog otpada 5.1. Postojeće stanje upravljanja otpadom 5.2 Postojeći postupci odlučivanja o regionalnom sistemu 5.3 Postojeće odlučivanje o sistemu za tretman komunalnog otpada 5.4. Višekriterijumski model i rezultati metodom VIKOR Alternative Kriterijumi Formulisanje kriterijumskih funkcija Vrednovanje Rezultati metodom VIKOR 5.5. Predloženo rešenje Opis predloženog sistema za tretman otpada Mogućnosti realizacije 6. Izbor lokacije za regionalnu deponiju 6.1. Višekriterijumski model Alternative Kriterijumi Formulisanje kriterijumskih funkcija Vrednovanje 6.2. Rezultati VIKOR-om i predloženo rešenje 6.3. Primer identifikacije pogodnih zona za lociranje deponija 7. Zaključak Literatura 76

102 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Đorđe Đatkov*, Milan Martinov*, Miloš Tešić** METODA ZA ODLUČIVANJE O POBOLJŠANJU EFIKASNOSTI GENERISANJA ENERGIJE IZ OBNOVLJIVIH IZVORA: PRIMENA ZA BIO-GAS POSTROJENJA SAŽETAK: Pregledom rezultata prethodnih istraživanja zaključeno je da postoje potreba i različite mogućnosti za poboljšanje efikasnosti rada bio-gas postrojenja. Ipak, pouzdani metodski pristup nije do sada razvijen. Zbog toga, cilj prikazanog istraživanja bio je da se razvije metoda za ocenu i poboljšanje efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja. Najpre su izabrana četiri pokazatelja za ocenu efikasnosti i osam pokazatelja za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti tehničkog aspekta rada bio-gas postrojenja. Primenom razvijenih postupaka, omogućeno je da se modeluje neodređenost sadržana u podacima za ocenu, kao i da se modeluje ekspertsko znanje iz oblasti bio-gas tehnologije. Razvijena metoda testirana je korišćenjem podataka o radu pet poljoprivrednih biogas postrojenja iz Bavarske, koja proizvedeni bio-gas koriste u kogeneraciji. Metoda je verifikovana i validirana, a zatim i predložena kao sveobuhvatna metoda za ocenjivanje i poboljšanje efikasnosti tehničkog aspekta rada poljoprivrednih bio-gas postrojenja. Da bi se primena metoda omogućila potencijalnim korisnicima kao što su rukovaoci bio-gas postrojenja ili konsultanti, razvijen je internet portal sa njenom primenom. Neophodno je kontinualno prilagođavanje i unapređenje metode u skladu sa unapređenjem stanja biogas tehnologije. Za buduća istraživanja i dalji razvoj, potrebno je da se metoda prilagodi za ocenu efikasnosti drugih tipova bio-gas postrojenja i proširi primena za ocenu socioekonomskog i aspekta uticaja na životnu sredinu. Ključne reči: metoda, odlučivanje, efikasnost, poboljšanje, bio-gas, postrojenje. * Univerzitet u Novi Sadu, Fakultet tehničkih nauka, Departman za inženjerstvo zaštite životne sredine i zaštite na radu, Trg Dositeja Obradovića 6, Novi Sad; Kontakt podaci: DjordjeDjatkov@uns.ac.rs (Đorđe Đatkov). ** Vojvođanska akademija nauka i umetnosti, Vojvode Putnika 1, Novi Sad, Vojvodina, Srbija 77

103 UVOD Bio-gas je vrsta obnovljivog izvora energije (OIE) koja može da se dobije anaerobnom fermentacijom (AF) organske materije. Sadržaj metana u bio-gasu je 45-70% (Scholwin et al., 2009), što ga čini odgovarajućim energentom za različite namene (Pöschl et al., 2010). U Aziji i Africi, bio-gas se proizvodi pretežno u malim bio-gas postrojenjima u domaćinstvima ruralnih oblasti, a koristi se za kuvanje i rasvetu. U Evropskoj uniji (EU), u skladu sa Direktivom 2009/28/EC (Anonim, 2009a), definisani su ciljevi povećanja udela korišćenja energije generisane iz OIE, u obliku električne energije, zatim energije za grejanje i hlađenje, kao i biogoriva za transport, uključujući i bio-gas. U EU je bio-gas do sada najčešće korišćen za kombinovano generisanje električne i toplotne energije (KPETE). Druge tehnologije za korišćenje bio-gasa, kao što je prečišćavanje bio-gasa i dobijanje biometana koji se utiskuje u mrežu prirodnog gasa, nisu značajnije zastupljene. Prema portalu Bio-gas barometar za godinu (Anonim, 2012), Nemačka je vodeća članica EU u oblasti bio-gasa, sa GWh generisane električne energije i više od izgrađenih bio-gas postrojenja, pri čemu su proizvodnja i korišćenje bio-gasa takođe značajni i u Velikoj Britaniji i Italiji. Većina postojećih bio-gas postrojenja instalirana je na poljoprivrednim gazdinstvima. Tema ovog rada je efikasnost poljoprivrednih bio-gas postrojenja, koja koriste stajnjak, ostatke iz poljoprivrede i primarne prerade hrane ili energetsko bilje kao sirovine, tj. supstrate za proizvodnju bio-gasa. Pri tome, razmotrena su samo postrojenja kod kojih se bio-gas koristi za kombinovanu proizvodnju električne i toplotne energije (KPETE), primenom motora s unutrašnjim sagorevanjem spregnutih s električnim generatorima, budući da se ova tehnologija najviše koristi. Bio-gas postrojenja su kompleksni biološkotehnički sistemi, na čiju efikasnost utiče mnogo faktora. Zbog toga se efikasnost bio-gas postrojenja definiše korišćenjem raznih pokazatelja (Effenberger et al., 2009), pri čemu je i neophodno razmatranje sa različitih aspekata. Efikasan pogon poljoprivrednih biogas postrojenja je ključan za ostvarenje pozitivnih ekonomskih pokazatelja, kao i za ostvarenje doprinosa smanjenju uticaja na životnu sredinu. Do sada je sprovedeno nekoliko istraživanja koja su imala za cilj praćenje i ocenu efikasnosti bio-gas postrojenja. U okviru dva srodna projekta finansirana od strane Nemačkog saveznog ministarstva za hranu, poljoprivredu i zaštitu potrošača (BMELV), sakupljeni su podaci o radu 119 bio-gas postrojenja. Nakon toga, definisane su opšte mere za poboljšanje efikasnosti rada postojećih bio-gas postrojenja, ali i za dalji uspešan razvoj bio-gas tehnologije (Anonim, 2005; 2009b). U okviru projekta finansiranog od strane Austrijskog saveznog ministarstva za transport, inovacije i tehnologije (BMVIT), praćen je rad 41 bio-gas postrojenja u Austriji, na osnovu čega je definisan skup od 13 pokazatelja za ocenu i poređenje efikasnosti bio-gas postrojenja (Schöftner et al., 2007). Bavarski državni zavod za poljoprivredu (LfL) sproveo je detaljno praćenje rada 15 poljoprivrednih bio-gas postrojenja u Bavarskoj u periodu dve do četiri godine (Effenberger et al., 2010; Bachmaier et al., 2011). Na osnovu dobijenih rezultata date su preporuke rukovaocima bio-gas postrojenja za unapređenje pogona. Društvo nemačkih inženjera (VDI) predložilo je pokazatelje koji mogu da se koriste za definisanje efikasnosti bio-gas postrojenja u odnosu na tehnički, socio-ekonomski i aspekt uti- 78

104 caja na životnu sredinu (Anonim, 2011). Detaljno praćenje dva poljoprivredna bio-gas postrojenja u Austriji sproveli su Bauer et al. (2009) sa ciljem da se odrede pogodnije opcije za separaciju ostatka fermentacije. Sakupljeni podaci o pogonu i tehno-ekonomska analiza generisanja energije bio-gas postrojenja na poljoprivrednim farmama prikazani su u Akbulut et al. (2012). Pokazatelji koji opisuju efikasnost malih bio-gas postrojenja u ruralnim delovima Afrike i Azije takođe su istraživani. Ipak, u ovim slučajevima je uspešnost pogona značajnija od efikasnosti, jer je svrha izgradnje ovakvih bio-gas postrojenja snabdevanje energentom lokalno, sa ciljem da se smanji siromaštvo. Neuspešan pogon ovakvih postrojenja može da bude uzrokovan lošim kvalitetom izgradnje ili nepravilnim rukovanjem i održavanjem. U radu Cheng et al. (2014), korišćen je fault tree pristup da bi se ocenili tehnički aspekti malih bio-gas postrojenja u Nepalu. Izabrani kriterijumi koji definišu tehničke aspekte rada bio-gas postrojenja u ovom istraživanju grupisani su u nekoliko podsistema: strukturne komponente, oprema za proizvodnju bio-gasa, sistem cevi, oprema za korišćenje bio-gasa i sistem za uklanjanje ostatka fermentacije. Yang & Chen (2014) sproveli su istraživanje sa ciljem da se oceni održivost bio-gas postrojenja u Kini, na osnovu čega je predložen i novi indikator za emisije. Održivost biogas postrojenja u Keniji ocenjena je višekriterijumskim pristupom u Nzila et al. (2012). Izabrani pokazatelji omogućuju ocenu tehničkog, ekonomskog i aspekta uticaja na životnu sredinu za tri najčešća tipa bio-gas postrojenja: plivajući bubanj, fiksna kupola i cilindrični fermentor. Pregled metoda za ocenu efikasnosti rada bio-gas postrojenja s aspekta konverzije energije dat je u Havukainen et al. (2014). Uticaj korišćenja različitih supstrata za proizvodnju bio-gasa na energetske i pokazatelje uticaja na životnu sredinu analiziran je u Bacenetti et al. (2013). Alternativni pristup za analiziranje energetskih tokova na biogas postrojenjima pokazali su Scholwin & Nelles (2013). Cao & Pawlowski (2012) prikazali su pregled ocene energetske efikasnosti anaerobne fermentacije u poređenju sa procesom pirolize. Energetski bilansi bio-gas postrojenja koja koriste energetsko bilje kao supstrate elaborirani su u Salter & Banks (2009). Brojna istraživanja sprovedena su da bi se odredio uticaj proizvodnje i korišćenja bio-gasa na životnu sredinu, pretežno putem pristupa analiza životnog ciklusa (Life Cycle Assessment, LCA) (Ishikawa et al., 2006; Mezzullo et al., 2013; Jury et al., 2010; Pöschl et al., 2012a; Pöschl et al., 2012b; Bachmaier et al., 2013; Bachmaier et al., 2010). LCA pristup takođe je korišćen za ocenu najčešće korišćene tehnologije za preradu ostatka fermentacije (Rehl & Müller, 2011) i dobijanje biometana (Starr et al., 2012). Metodološke razlike dva različita pristupa LCA za ocenu uticaja na životnu sredinu bio-gas postrojenja analizirane su u radu Rehl et al. (2012). Pri razmatranju više važnih aspekata efikasnosti bio-gas postrojenja, da bi se sprovela sveobuhvatna ocena efikasnosti potrebno je da se koriste višekriterijumske metode. Banks et al. (2012) ocenili su efikasnost AF separisane frakcije biorazgradivog otpada iz domaćinstva na bazi masenih i energetskih bilansa. Data Envelopment Analysis (DEA) primenili su Braun et al. (2007) kao benčmarking alat za identifikaciju najefikasnijih postrojenja i za izbor primera najbolje prakse. U radu Djatkov & Effenberger (2010) opisane su i naznačene mogućnosti i ograničenja primene metodskog pristupa DEA za oce- 79

105 80 nu efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja. Kao bitan nedostatak primene DEA, naznačena je nemogućnost određivanja apsolutne efikasnosti, tj. dobijeni rezultati zavisni su od skupa bio-gas postrojenja koja se ocenjuju. Madlener et al. (2009) koristili su kombinaciju DEA metode i višekriterijumskog pristupa (Multi-criteria Decision Analysis MCDA) za ocenu efikasnosti u odnosu na ekonomske, socijalne i kriterijume koji opisuju uticaj na životnu sredinu. Ekspertsko znanje iz oblasti bio-gas tehnologije iskorišćeno je da se odrede težine za primenjene pokazatelje efikasnosti. Dodatno, ovaj pristup omogućio je kvalitativnu ocenu bio-gas postrojenja i njihovu klasifikaciju u skladu sa postignutom efikasnošću. Djatkov et al. (2012) primenili su fazi logiku za modelovanje neodređenosti u podacima koji se koriste za ocenu. Ekspertsko znanje iz oblasti biogas tehnologije takođe je iskorišćeno u obliku težina za pokazatelje efikasnosti da bi se poboljšala pouzdanost metode. Postupci za poboljšanje efikasnosti bio-gas postrojenja analizirani su na nekoliko različitih načina. Thorin et al. (2012) ocenili su poboljšanje efikasnosti industrijskog bio-gas postrojenja. Sa ciljem da se istraže najčešće greške prilikom razvoja bio-gas tehnologije, kao i u samom pogonu, ali i da bi se utvrdile mogućnosti za poboljšanje, Lehner et al. (2010) sproveli su istraživanje i praćenje brojnih poljoprivrednih bio-gas postrojenja u Bavarskoj. Häring et al. (2010) predložili su mere za poboljšanje efikasnosti na osnovu 20 praćenih bio-gas postrojenja, uključujući detaljnu analizu tehničkih i pogonskih uslova. Pristupi za optimizaciju bio-gas postrojenja elaborirani su takođe u radovima Ward et al. (2008) i Kana et al. (2012). U okviru prethodnih istraživanja u odnosu na efikasnost bio-gas postrojenja definisani su brojni pokazatelji efikasnosti kojima se opisuju važni tehnički i pogonski aspekti bio-gas postrojenja. Time je generisano primenljivo znanje o efikasnom pogonu bio-gas postrojenja. Takođe, kao što je već navedeno, razvijeni su i primenjeni u praksi različiti pristupi za ocenu efikasnosti bio-gas postrojenja. Ipak, zaključuje se da nisu razvijene i odgovarajuće metode koje mogu da se primene za ocenu efikasnosti pojedinačnih biogas postrojenja i na osnovu toga ukažu na moguće mere za poboljšanje. To bi moglo da se postigne i konsultacijom sa stručnjakom iz oblasti bio-gas tehnologije, ali takav zadatak je kompleksan i zahteva puno vremena. Dodatno, stručnjaci mogu da primene pristupe za ocenu i poboljšanje efikasnosti bio-gas postrojenja jedino u skladu sa sopstvenim iskustvom i znanjem, što može da dovede do subjektivne ocene. Na osnovu navedenog, cilj istraživanja bio je razvoj metode za ocenu i poboljšanje efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja na sistematičan i pouzdan način. Oblast primene metode su bio-gas postrojenja izgrađena u oblastima kontinentalne klime i koja kao sirovine, tj. supstrate za proizvodnju bio-gasa koriste energetsko bilje i stajnjak, a proizvedeni bio-gas koriste za kombinovano generisanje električne i toplotne energije, instalirane električne snage između 100 kw e i 1 MW e. Razvijeni metod treba da doprinese efikasnijoj i održivoj proizvodnji i korišćenju bio-gasa, a time i daljem uspešnom razvoju bio-gas tehnologije. Da bi se dostigao ovaj cilj, potrebno je da se ispune sledeći zadaci: 1) da se izaberu odgovarajući pokazatelji efikasnosti; 2) da se razvije metoda za primenu ovih pokazatelja za ocenu i definisanje mera za poboljšanje efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja; i 3) da se testira i oceni primenljivost razvijene metode. Sledeća poglavlja struktuirana su u skladu sa postavljenim zadacima.

106 IZBOR POKAZATELJA EFIKASNOSTI Za ocenu efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja izabrana su četiri pokazatelja, a za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti osam pokazatelja, koji su opisani u poglavljima Pokazatelji za ocenu efikasnosti i Pokazatelji za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti. Izbor je zasnovan na rezultatima prethodnih istraživanja (Effenberger et al., 2009; Anonim, 2005; 2009b; Schöftner et al., 2007; Anonim, 2011), uz uzimanje u obzir sledećih preduslova: da se omogući primena razvijenih metoda u praksi, pokazatelji treba da se izračunavaju jednostavno i na osnovu dostupnih podataka za čije merenje nije potrebna nabavka skupe opreme; da je omogućeno poređenje efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja, bez obzira na postojeće razlike u veličini, korišćenim supstratima, materijalnim i energetskim tokovima, tehničko-tehnološkim konceptima; da se omogući pouzdana ocena efikasnosti i analiza mogućnosti poboljšanja efikasnosti, pri čemu relativna greška, tj. neodređenost, sadržana u podacima za ocenu i određena principima rasprostiranja greške (Hoffmann, 1999), ne prelazi vrednost 10 %. Neodređenost koja je razmotrena u okviru ovog rada su sistematske greške, nastale zbog nedovoljne preciznosti mernog uređaja. Pošto se vrednosti izabranih pokazatelja efikasnosti izračunavaju korišćenjem dva ili više izmerenih parametara, ukupna greška ne izračunava se kao prost zbir pojedinačnih grešaka svakog izmerenog parametra, nego se tada koriste principi teorije rasprostiranja greške, koji su prikazani jednačinama (Hoffmann, 1999). Jednačine 1-4 predstavljaju primer pokazatelja efikasnosti koji se izračunava iz dva izmerena parametra, x i y. Greška sadržana u vrednosti pokazatelja efikasnosti δ f izračunata je iz grešaka dva izmerena parametra, δ x i δ y (jednačine 3 i 4). Jednačinom 2 izračunava se maksimalna greška koja može da se javi u vrednostima pokazatelja efikasnosti. f = f (x, y) (1) δ f = δ fx + δ f y (2) δ fx = f δ x x δ fy = f y δ y (3) (4) 81

107 Pokazatelji za ocenu efikasnosti Četiri pokazatelja efikasnosti (PEO1-PEO4), prikazani u tab. 1, primenjeni su da se oceni efikasnost bio-gas postrojenja u odnosu na proizvodnju i korišćenje bio-gasa. Tab. 1. Izabrani pokazatelji za ocenu efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja i pripadajuće neodređenosti Oznaka Pokazatelj efikasnosti Jedinica Proces PEO1 Relativni prinos bio-gasa, B r % Proizvodnja bio-gasa Neodređenost, % PEO2 Produktivnost metana, P M Stm 3 (m 3 d) 1 3,6 PEO3 Stepen iskorišćenja kogenerativnog postrojenja, I KPETE % Korišćenje bio-gasa PEO4 Stepen iskorišćenja energije metana, I M % 6,5 PEO: pokazatelj za ocenu efikasnosti; KPETE: kombinovana proizvodnja električne i toplotne energije. 4,8 2,0 PEO1: Relativni prinos bio-gasa, B r [%], izračunava se kao odnos izmerenog (B i ) i teoretskog prinosa (B t ). Izmereni prinos bio-gasa određuje se iz ukupne količine proizvedenog bio-gasa na postrojenju za posmatrani period u odnosu na organsku suvu materiju korišćenih supstrata. Vrednosti teoretskog prinosa bio-gasa za korišćene supstrate su izračunati korišćenjem vrednosti iz literature (Anonim, 2010). Ovaj pokazatelj opisuje efikasnost mikrobiološke razgradnje supstrata na osnovu iskustvenih podataka. Bi Br = B t PEO2: Produktivnost metana, P M [m 3 (m 3 d) 1 ], izračunava se kao odnos standardizovane dnevne proizvodnje metana (M p ) i efektivne zapremine fermentora (V F ). Ovaj kriterijum opisuje efikasnost iskorišćenja zapremine fermentora za proizvodnju metana. Proporcionalan je efektivnoj električnoj snazi bio-gas postrojenja u odnosu na zapreminu fermentora. P M M = V F p PEO3: Stepen iskorišćenja kogenerativnog postrojenja, I KPETE [%], tj. snage postrojenja za kombinovanu proizvodnju električne i toplotne energije (KPETE), izračunava se kao odnos ukupne količine generisane (E g ) i teoretske količine električne energije (E t ). E t je maksimalno moguća količina koja može da se proizvede, pod uslovom da kogenerativno postrojenje radi pri nazivnoj instaliranoj električnoj snazi neprekidno u toku raz- (5) (6) 82

108 matranog perioda, na primer, Ovaj kriterijum opisuje efikasnost iskorišćenja instalirane nazivne električne snage kogenerativnog postrojenja. I KPETE E = E g t PEO4: Stepen iskorišćenja energije metana, I M [%], izračunava se kao suma generisane električne energije (E g ) i toplotne energije efikasno iskorišćene, osim one za grejanje fermentora (T e ), umanjeno za električnu energiju potrebnu za pogon uređaja na bio-gas postrojenju (E bp ). Dobijena vrednost deli se sa vrednosti primarne energije metana sadržanog u proizvedenom bio-gasu, računajući donju toplotnu moć (DTM m ). Ako je u sastavu kogenerativnog postrojenja dizel-motor s inicijalnim paljenjem, potrebno je da se u brojiocu oduzme i električna energija generisana iz dizel-goriva. Ovaj kriterijum opisuje efikasnost iskorišćenja energije metana sadržanog u proizvedenom bio-gasu, ali i energetsku efikasnost pogona bio-gas postrojenja, jer se u obzir uzimaju svi energetski tokovi. I M E = + T E DTM g e bp m (7) (8) Pokazatelji za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti Osam pokazatelja (PEA1-PEA8), prikazani u tab. 2, primenjeni su da bi se analizirala mogućnost poboljšanja efikasnosti. Na osnovu analize prva tri pokazatelja (PEA1- PEA3), utvrđuju se slabe tačke u procesu proizvodnje bio-gasa, a zatim su definisane mere za poboljšanje. Na osnovu analize preostalih pet pokazatelja (PEA4-PEA8), isto je sprovedeno za proces korišćenja bio-gasa. Na početku razvoja metode za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti, izabran je skup pokazatelja za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti. Nakon toga, analiza efikasnosti je sprovedena za sve moguće kombinacije kvalitativne ocene PEO1-PEO4 i PEA1-PEA8. Izbor PEA1-PEA8 sproveden je iterativnim procesom da se definišu predložene mere za poboljšanje (poglavlje Rezultati testiranja). Primenljivost izabranih pokazatelja je ilustrovana na primerima (tab. 5 i tab. 6). PEA1: Hidrauličko retenciono vreme, HRV [d], izračunava se kao odnos zapremine fermentora (V F ) i zapreminskog unosa supstrata po danu (V S). Zapremina fermentora podrazumeva ukupnu zapreminu svih fermentora (kod kojih postoji grejanje sadržine i sakupljanje proizvedenog bio-gasa), ne računajući rezervoar ostatka fermentacije. Zapreminski unos supstrata po danu je prosečna vrednost tokom perioda u kojem se ocenjuje efikasnost i analizira mogućnost njenog poboljšanja. Ovaj parametar iskazuje prosečno vreme zadržavanja korišćene mešavine supstrata u fermentoru, koje predstavlja jedan ciklus u proizvodnji bio-gasa. HRV = V VF S (9) 83

109 Tab. 2. Izabrani pokazatelji za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja i pripadajuće neodređenosti Oznaka Pokazatelj efikasnosti Jedinica Proces Neodređenost, % PEA1 Hidrauličko retenciono vreme, HRV d Proizvodnja bio-gasa 2,6 PEA2 Specifična zapremina fermentora, V F,s -1 m F3 kw e 1,6 PEA3 Stabilnost procesa anaerobne fermentacije, K OMK 5,0 PEA4 Električna efikasnost kogenerativnog postrojenja, η e,kpete % Korišćenje bio-gasa 5,0 PEA5 Udeo električne energije za pogon postrojenja, E bp,u % 2,0 PEA6 Udeo efikasno iskorišćene toplotne energije, T e,u % 7,9 PEA7 Udeo toplotne energije za pogon postrojenja, T bp,u % 7,9 PEA8 Stepen opterećenja kogenerativnog postrojenja, O KPETE % 2,0 PEA: pokazatelj za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti; KPETE: kombinovano generisanje električne i toplotne energije. PEA2: Specifična zapremina fermentora, VF,s [m F3 kw e 1 ], izračunava se kao odnos zapremine fermentora (V F ) i instalirane nazivne snage kogenerativnog postrojenja (S KPETE ). Ovim parametrom proverava se da li je fermentor dobro dimenzionisan u odnosu na kogenerativno postrojenje. Parametar je obrnuto proporcionalan kriterijumu produktivnost metana (K2). VF VFs, = (10) S KPETE PEA3: Stabilnost procesa anaerobne fermentacije, K OMK [ ]. Razmatraju se ukupne mase organskih masnih kiselina, ali i posebno masa propionske kiseline, svedene na ekvivalentni gram sirćetne kiseline (m SK,ekv ). Koncentracija organskih masnih kiselina izračunava se u odnosu na jediničnu masu ostatka fermentacije koji se uzorkuje (m OF ). Odnos ova dva parametra koristi se kao indikator stabilnosti procesa anaerobne fermentacije. msk, ekv KOMK = (11) M OF PEA4: Električna efikasnost kogenerativnog postrojenja, η e,kpete [%], izračunava se kao odnos generisane električne energije (E g ) i primarne energije metana sadržanog u proizvedenom bio-gasu, koristeći njegovu donju toplotnu moć (DTM m ). Ovaj parametar opisuje energetsku efikasnost kogenerativnog postrojenja u konverziji energije metana u električnu energiju. 84

110 η ekpete, = E g DTM m (12) PEA5: Udeo električne energije za pogon postrojenja, E bp,u [%], izračunava se kao odnos električne energije iskorišćene za pogon mašina na bio-gas postrojenju (E bp ) i generisane električne energije (E g ). Bez obzira na to da li se električna energija za pogon mašina obezbeđuje iz javne električne mreže ili sa bio-gas postrojenja, uvek se razmatra ukupna količina generisane električne energije. Ebp Ebp, u = E (13) g PEA6: Udeo efikasno iskorišćene toplotne energije, T e,u [%], izračunava se kao odnos efikasno iskorišćene, osim za grejanje fermentora (T e ) i ukupne količine generisane toplotne energije (T g ). Toplotna energija je efikasno iskorišćena kada se zamenjuje druga vrsta energenta na samoj farmi, najčešće fosilno gorivo, ili kada se uz novčanu nadoknadu plasira drugom korisniku u okolini. Ukupna količina generisane toplotne energije podrazumeva toplotnu energiju sadržanu u rashladnoj tečnosti kućišta motora i ulja, kao i toplotnu energiju sadržanu u produktima sagorevanja. Te Teu, = T (14) g PEA7: Udeo toplotne energije za pogon postrojenja, T bp,u [%], izračunava se kao odnos toplotne energije za pogon postrojenja, pretežno za grejanje sadržaja fermentora (T bp ) i ukupne količine generisane toplotne energije (T g ). Ukupna količina generisane toplotne energije podrazumeva toplotnu energiju sadržanu u rashladnoj tečnosti kućišta motora i ulja, kao i toplotnu energiju sadržanu u produktima sagorevanja. Tbp Tbp, u = T (15) g PEA8: Stepen opterećenja kogenerativnog postrojenja, O KPETE [%], izračunava se kao odnos generisane električne energije (E g ) i proizvoda instalirane nazivne snage kogenerativnog postrojenja (S KPETE ) i pogonskih sati kogenerativnog postrojenja u toku razmatranog perioda (h P ). Ovaj parametar sličnog je značenja kao PEO3. Razlika je u tome što se ovim parametrom razmatra efikasnost iskorišćenja nazivne instalirane električne snage samo u toku rada kogenerativnog postrojenja, izuzimajući zastoje zbog održavanja i popravki. Eg OKPETE = (16) S h KPETE P 85

111 RAZVOJ METODE U narednim poglavljima prikazane su najznačajnije osnove za razvoj metode, posebno za ocenu efikasnosti (poglavlje Razvoj metode za ocenu efikasnosti) i posebno za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti (poglavlje Razvoj metode za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti). Pomenute dve metode su komplementarne jer se rezultati dobijeni prvom metodom koriste i neophodni su da se definišu mere za poboljšanje efikasnosti primenom druge metode. Razvoj metode za ocenu efikasnosti Postupak ocene efikasnosti Na sl. 1 šematski je prikazan postupak za ocenu efikasnosti. Najpre je ocenjen svaki od pokazatelja efikasnosti (PEO1-PEO4). Nakon toga, proizvodnja i korišćenje bio-gasa su ocenjeni u odnosu na rezultate ocene odgovarajućih pokazatelja efikasnosti. Konačno, ukupna efikasnost, tj. tehnički aspekt, ocenjen je u odnosu na dobijene rezultate ocene za proizvodnju i korišćenje bio-gasa. Ukupna efikasnost tehnički aspekt Proizvodnja bio-gasa Korišćenje bio-gasa PEO1 PEO2 PEO3 PEO4 Sl. 1. Šema postupka ocene efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja Fazi vrednosti pokazatelja efikasnosti Za prikazani pristup ocene, vrednosti pokazatelja efikasnosti PEO1-PEO4 predstavljene su fazi brojevima, da se omogući uzimanje u obzir neodređenosti u vrednostima podataka. Na sl. 2 predstavljen je primer fazi broja za pokazatelj efikasnosti Relativni prinos bio-gasa (PEO1). Neodređenost, koja je izračunata kao maksimalna greška sadržana u vrednostima ovog pokazatelja efikasnosti, iznosi 4,8% (tab. 1). Fazi broj je konstruisan dodavanjem ili oduzimanje 4,8% od vrednosti pokazatelja efikasnosti. Time opseg za maksimalni stepen pripadnosti, tj. 1, obuhvata ceo opseg vrednosti koji teoretski može da sadrži vrednost pokazatelja efikasnosti usled sadržane neodređenosti. Prilikom konstruisanja fazi vrednosti kriterijuma za Produktivnost metana (PEO2), korišćena je dodatna procedura. Pošto produktivnost metana u velikoj meri zavisi od opterećenja fermentora organskom materijom (OOM), potrebno je prilikom ocene efi- 86

112 Fazi vrednosti pokazatelja efikasnosti 1-4,8% +4,8% Vrednost pokazatelja efikasnosti % X Sl. 2. Primer konstruisane fazi vrednosti pokazatelja efikasnosti kasnosti uzeti u obzir ovaj parametar. Zavisnost produktivnosti metana i OOM prikazana je linearnom regresijom, na osnovu obrađenih podataka o radu 61-og bio-gas postrojenja u Nemačkoj (Anonim, 2009b): P M = 0,35 OOM; r = 0,97 (17) Na primer, kada OOM iznosi 3 kg OSM (m 3 d) 1, očekivana vrednost produktivnosti metana iznosila bi 1,05 m 3 (m 3 d) 1. Prilikom ocene efikasnosti, vrednost pokazatelja efikasnosti za produktivnost metana podešava se oduzimanjem razlike između vrednosti pokazatelja efikasnosti i očekivane vrednosti produktivnosti metana. Fazi vrednost pokazatelja se nakon toga konstruiše iz podešene vrednosti. Time se, bez obzira na vrstu i sadržaj organske materije u korišćenim supstratima, postiže pouzdana ocena efikasnosti pokazatelja Produktivnost metana. Fazi klase efikasnosti Fazi klase efikasnosti za kvalitativnu ocenu definisane su za sve pokazatelje efikasnosti (PEO1-PEO4 i PEA1-PEA8), za ocenu proizvodnje bio-gasa i korišćenje bio-gasa, kao i za ocenu tehničkog aspekta, tj. ukupne efikasnosti (sl. 1). Lingvistički izrazi za klase efikasnosti ukazuju da li je poboljšanje u odnosu na određeni pokazatelj efikasnosti ili proces neophodno, a ako jeste u kojoj meri (tab. 3). Primer klasa efikasnosti za Relativni prinos bio-gasa (PEO1) prikazan je na sl. 3. Sve klase efikasnosti su fazi brojevi konstruisani na osnovu ekspertskog znanja o efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja. Prvobitno je određen opseg mogućih vrednosti za dati pokazatelj efikasnosti, koji u ovom slučaju iznosi 70 do 125. Nakon toga definisane su granice između dve susedne klase efikasnosti. U ovom primeru, PEO1 sa vrednostima između 100 i 110% bio bi ocenjen sa DOBRO, tj. bio-gas postrojenja čija vrednost za Relativni prinos bio-gasa u okviru ovog opsega, postižu zadovoljavajuće vrednosti pri- 87

113 Tab. 3. Klase efikasnosti i njihovo značenje u oceni Klase efikasnosti ODLIČNO DOBRO PRIHVATLJIVO NEPRIHVATLJIVO Značenje Ne postoji potreba za poboljšanjem efikasnosti Poboljšanje efikasnosti je moguće, ali nije neophodno Poboljšanje efikasnosti je neophodno Poboljšanje efikasnosti je hitno potrebno nosa bio-gasa, koji ipak još uvek može da se poboljša. Pošto je razmotrena netačnost u podacima, ne postoje ni jasne granice između klasa efikasnosti. Da bi se predstavila ova neodređenost, prelazna oblast od 4 je korišćena kao granica između dve klase efikasnosti. Time je postignuto da, iako je granica između DOBRO i ODLIČNO definisana, neznatno niža ili viša vrednost od 110% ne dodeljuje efikasnost isključivo jednoj od ove dve klase efikasnosti. Na osnovu ekspertskog znanja, potpuna pripadnost jednoj od ove dve klase efikasnosti je pri vrednostima nižim od 108% ili višim od 112%. Isti pristup je primenjen za sve klase efikasnosti. Na sl. 3 isprekidanom linijom je prikazan primer fazi vrednosti kriterijuma, koja može intuitivno da se oceni kao PRIHVATLJIVO. Primenom razvijene metode, pokazatelj efikasnosti ili proces se ocenjuje i dodeljuje određenoj klasi efikasnosti na osnovu lingvističkog izraza klase efikasnosti koja ima najkraće Euklidijansko rastojanje u odnosu na primenjenu fazi vrednost kriterijuma. Za ocenjivanje proizvodnje bio-gasa, korišćenja bio-gasa i ukupne efikasnosti, korišćene su klase efikasnosti prikazane na sl. 4. Rezultujući fazi broj prikazan isprekidanom linijom je rezultat ocene dobijen primenom sistema za zaključivanje, opisanog u poglavlju Baza znanja i sistem za zaključivanje. Ovi rezultujući fazi brojevi se nakon toga upoređuju sa klasama efikasnosti primenom istog postupka kao i za sve pokazatelje 1 Fazi vrednosti pokazatelja efikasnosti N P D O Sl. 3. Primer fazi klase efikasnosti za ocenu pokazatelja Relativni prinos bio-gasa (PEO1) (N: NEPRIHVATLJIVO; P: PRIHVATLJIVO; D: DOBRO; O: ODLIČNO) 88

114 Rezultujući fazi broj 1 N P D O Sl. 4. Fazi klase efikasnosti za ocenu: proizvodnje bio-gasa, korišćenja bio-gasa i ukupne efikasnosti tehničkog aspekta (N: NEPRIHVATLJIVO; P: PRIHVATLJIVO; D: DOBRO; O: ODLIČNO) efikasnosti, tj. primenom proračuna na bazi Euklidijanskog rastojanja. Konačno, kvalitativna ocena se postiže dodeljivanjem jednoj od klasa efikasnosti (NEPRIHVATLJIVO / PRIHVATLJIVO / DOBRO / ODLIČNO) za proizvodnju bio-gasa, korišćenje bio-gasa i ukupnu efikasnost. U odnosu na značenja klasa efikasnosti navedenih u tab. 3, dobijeni rezultat ukazuje na neophodnost za poboljšanjem efikasnosti. Baza znanja i sistem za zaključivanje Prema šemi prikazanoj na sl. 1, potrebno je da se rezultati ocene efikasnosti dobijaju primenom ekspertskog znanja iz oblasti bio-gas tehnologije. Zbog toga su primenjeni principi ekspertskih sistema, kao najpogodnijeg pristupa da se modeluje ovo znanje i primeni u obliku razvijene metode (Prerau, 1990). Osnovni delovi ekspertskog sistema su baza znanja i sistem za zaključivanje (Schneider et al., 1996). U okviru razvijene metode, baza znanja sadrži ekspertsko znanje i iskustvo koje je relevantno za ocenu efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja. U sistemu za zaključivanje, da bi se dobili željeni rezultati, primenjuje se baza znanja i podaci za ocenu. Baza znanja u okviru razvijene metode zasniva se na produkcionim pravilima, tj. AKO-ONDA pravilima, što predstavlja najčešći i najpogodniji način da se predstavi znanje u ekspertskim sistemima (Prerau, 1990). Za ocenu proizvodnje bio-gasa, korišćenja bio-gasa i ukupnu efikasnost, ukupno je definisano 48 AKO-ONDA pravila. Na sl. 5 prikazan je primer definisanih pravila za proizvodnju bio-gasa. Svako pravilo sadrži AKO i ONDA deo. Moguće kombinacije klasa efikasnosti za dva pokazatelja, u ovom slučaju Relativni prinos bio-gasa (PEO1) i Produktivnost metana (PEO2), sadržane su u AKO delu pravila. U okviru ONDA dela pravila, definisana je rezultujuća klasa efikasnosti. Na ovaj način se simulira ekspertska analiza efikasnosti za relativni prinos bio-gasa i produktivnost metana. U okviru Pravila 2, iako Relativni prinos bio-gasa ne 89

115 Pravilo 1: Pravilo 2: AKO PEO1 je odlično i PEO2 je odlično, ONDA A1 je odlično. AKO PEO1 je dobro i PEO2 je odlično, ONDA A1 je odlično. Pravilo 16: Činjenica: AKO PEO1 je neprihvatljivo i PEO2 je neprihvatljivo, ONDA A1 je neprihvatljivo. PEO1 je odlično i PEO2 je odlično. Zaključak: A1 je odlično. Sl. 5. Baza znanja: primeri pravila za ocenu proizvodnje bio-gasa dostiže najvišu klasu efikasnosti, mišljenje eksperta je da efikasnost proizvodnje bio-gasa ipak treba da se klasifikuje kao ODLIČNO (sl. 5). Na sl. 6 šematski je prikazan sistem za zaključivanje, koji se zasniva na principima višeuslovnog približnog rasuđivanja (Klir & Yuan, 1995). U ovom primeru, prikazana su samo AKO-ONDA pravila 1 i 2 za ocenu proizvodnje bio-gasa iz odgovarajuće baze znanja, jer samo za ova pravila postoji kompatibilnost između fazi vrednosti pokazatelja i klasa efikasnosti. Kompatibilnost se definiše kao visina preseka dva fazi broja, tj. fazi vrednosti kriterijuma i klase efikasnosti, što je na sl. 6 prikazano horizontalnom sivom linijom. Zaključak iz svakog pravila je odsečen u odnosu na fazi klasu efikasnosti. Visina kojom se fazi klasa efikasnosti odseca određena je primenom min operatora na par PRAVILO 1 1 U A G E U A G E U 1 1 A G E ,4 0,6 1,0 1,2 1, PEO1 PEO2 ZAKLJUČAK PRAVILO 2 U A G E 1 U A G E 1 + U A G E PEO1 0 0,4 0,6 1,0 1,2 1,4 PEO ZAKLJUČAK PRAVILO 1: AKO PEO1 je odlično I PEO2 JE odlično ONDA Proizvodnja bio-gasa je odlična. PRAVILO 2: AKO PEO1 je dobro I PEO2 JE odlično ONDA Proizvodnja bio-gasa je odlična. = U A G E KONAČNI ZAKLJUČAK Sl. 6. Šematski prikaz sistema za zaključivanje u metodi za ocenu efikasnosti bio-gas postrojenja 90

116 visina za oba pokazatelja efikasnosti PEO1 i PEO2. Konačni zaključak dobija se primenom operatora sum na sve zaključke pojedinačnih pravila (fazi broj na sl. 6). Konačno, da bi se dobila kvalitativna ocena za proizvodnju bio-gasa, izračunava se Euklidijansko rastojanje između konačnog zaključka i svake klase efikasnosti. U ovom primeru, proizvodnja bio-gasa je ocenjena s ODLIČNO, iako jedan pokazatelj efikasnosti nije dostigao najvišu klasu efikasnosti. Ovaj rezultat je dobijen primenom definisanih pravila, čime se simulira odluka eksperta da se oceni efikasnost. Na ovaj način je omogućeno da se važnost određenog pokazatelja efikasnosti za konačnu ocenu razmotri u svakom pojedinačnom slučaju i u odnosu na drugi pokazatelj efikasnosti, što predstavlja značajnu prednost prikazanog pristupa. Isti princip je primenjen za ocenu drugih aspekata efikasnosti bio-gas postrojenja. Razvoj metode za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti Postupak analize mogućnosti poboljšanja efikasnosti Postupak analize mogućnosti poboljšanja efikasnosti je prikazan na sl. 7. Rezultati ocene za PEA1-PEA8, zajedno sa rezultatima ocene PEO1-PEO4, kao i rezultata ocene proizvodnje bio-gasa i korišćenja bio-gasa, iskorišćeni su da se predlože mere za poboljšanje efikasnosti. Analizom rezultata za pokazatelje efikasnosti PEO1-PEO4 ukazuje na to da li je efikasnost ocenjenog bio-gas postrojenja zadovoljavajuća ili ne, dok se analizom rezultata pokazatelja efikasnosti PEA1-PEA8 stiče uvid u moguće uzroke nedovoljne efikasnosti. Iako je PEO3 pokazatelj koji se koristi za ocenu proizvodnje bio-gasa, takođe je korišćen kao indikator za nedostatke korišćenja bio-gasa, jer može da ukaže na to da li je instalirana električna snaga kogenerativnog postrojenja stvaran uzrok za neodgovarajuće vrednosti Specifične zapremine fermentora (PEA2). Mere za poboljšanje proizvodnje bio-gasa Mere za poboljšanje korišćenja bio-gasa PEA1 PEA2 PEA3 PEA4 PEA5 PEA6 PEA7 PEA8 Proizvodnja bio-gasa Korišćenje bio-gasa PEO1 PEO2 PEO3 PEO4 Sl. 7. Šema postupka analize mogućnosti poboljšanja efikasnosti poljoprivrednih biogas postrojenja 91

117 Fazi vrednosti pokazatelja efikasnosti Fazi vrednosti za pokazatelje efikasnosti PEA1-PEA8, tj. fazi brojevi, konstruisani su primenjujući iste principe navedene u poglavlju Fazi vrednosti pokazatelja efikasnosti i neodređenosti za ove pokazatelje prikazane u tab. 2. Fazi klase efikasnosti Na sl. 8 prikazan je primer definisanih opsega, tj. prikazani su fazi brojevi koji se koriste za kvalitativnu ocenu pokazatelja Hidrauličko retenciono vreme (PEA1). Na isti način definisani su i fazi brojevi za ostale pokazatelje efikasnosti koji su primenjeni za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti. 1 K S D Sl. 8. Definisani opsezi za ocenu pokazatelja efikasnosti Hidrauličko retenciono vreme (PEA1) Za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti, fazi klase efikasnosti definisane su da se omogući kvalitativna ocena pokazatelja PEA1-PEA8. Osim za PEA1 i PEA3, vrednosti pokazatelja efikasnosti klasifikovane su u jednu od tri definisane klase: NISKO, SREDNJE i VISOKO. Za Hidrauličko retenciono vreme (PEA1), klase efikasnosti označene su sa KRATKO, SREDNJE i DUGAČKO (sl. 9), dok su za stabilnost procesa anaerobne fermentacije (PEA3) označene sa STABILNA, INDIFERENTNA i KRITIČNA. 92

118 Sl. 9. Definisane fazi klase efikasnosti za ocenu pokazatelja efikasnosti Hidrauličko retenciono vreme (PEA1) (K: KRATKO; S: SREDNJE; D: DUGAČKO) Baza znanja i sistem za zaključivanje Baza znanja i sistem za zaključivanje, koji su definisani za ocenu pokazatelja PEA1- PEA3, zasnivaju se na 88 AKO-ONDA pravila i višeuslovnom približnom rasuđivanju. Nasuprot tome, pokazatelji PEA4-PEA8 direktno se ocenjuju izračunavanjem Euklidijanskog rastojanja između fazi brojeva i klasa efikasnosti, pošto se u tim slučajevima za ocenu ne koriste dodatni parametri. Na primer, da bi se ocenio pokazatelj PEA1, osim pet definisanih opsega prikazanih na sl. 8, kao dodatni parametri koriste se i broj stepeni procesa anaerobne fermentacije na bio-gas postrojenju i udeo stajnjaka u korišćenim supstratima. Mere za poboljšanje efikasnosti Razvijena metoda omogućava predlaganje mera za poboljšanje efikasnosti za sve moguće kombinacije rezultata kvalitativnih ocena za PEO1-PEO4 i PEA1-PEA8. Dodatni parametri i činjenice koji se koriste da bi se definisale odgovarajuće mere za poboljšanje efikasnosti su: broj i tip (gasni / s inicijalnim paljenjem) motora u sklopu kogenerativnog postrojenja, tip fermentora (horizontalni / vertikalni), temperaturni režim procesa (mezofilni / termofilni), udeo tečnog stajnjaka u korišćenim supstratima i broj stepeni procesa (jednostepeni / višestepeni). Za neka od ocenjenih bio-gas postrojenja u okviru ovog rada, kao i mnoga druga koja su u pogonu u praksi, ne postoje podaci o pokazatelju efikasnosti Udeo toplotne energije za pogon postrojenja (PEA7). Razlog je u tome što rukovaoci nisu želeli da investiraju u mernu opremu za merenje konzuma toplotne energije za sopstvene potrebe, jer je ovaj parametar bitan samo u slučajevima kada celokupna količina generisane toplotne energije može da se iskoristi, što se retko postiže u praksi. Zbog toga je razvijen dodatni sistem za zaključivanje da bi se procenila vrednost PEA7, koristeći informacije o udelu tečnog stajnjaka u korišćenim supstratima, temperaturi procesa anaerobne fermentacije i tipu fermentora. Na osnovu toga postiže se kvalitativna ocena neophodna da se definišu mere za poboljšanje efikasnosti. 93

119 U metodi za analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti ukupno je definisano različitih mera, od kojih je 888 definisano za proizvodnju bio-gasa i za korišćenje bio-gasa. Primer analize mogućnosti poboljšanja efikasnosti za proizvodnju bio-gasa prikazan je u narednom poglavlju (tab. 5). Isti pristup je korišćen za definisanje mera za poboljšanje efikasnosti za korišćenje bio-gasa. TESTIRANJE I PRIMENA METODE Podaci za testiranje Razvijena metoda za ocenu i analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti testirana je korišćenjem podataka Bavarskog državnog istraživačkog centra za poljoprivredu, Instituta za poljoprivrednu tehniku i stočarstvo. Podaci su sakupljeni za pet bio-gas postrojenja (BGP1-BGP5) u Bavarskoj tokom više godina njihovog rada. Karakteristike pet biogas postrojenja prikazane su u tab. 4, a detaljno opisane u Bachmaier et al. (2011). Svih pet bio-gas postrojenja su poljoprivredna, jer kao supstrate za proizvodnju bio-gasa pretežno koriste stajnjak i energetsko bilje. Udeo stajnjaka u ulaznoj masi supstrata na ovim bio-gas postrojenjima bio je od 0 do 47%. Jedini izuzetak predstavlja BGP5, na kom energetsko bilje čini većinu mase u ulaznim supstratima. Sva bio-gas postrojenja puštena su u rad tokom i godine. Instalirana električna snaga kogenerativnih postrojenja je 324 do 855 kw e, što ih svrstava u poljoprivredna bio-gas postrojenja srednje veličine. Tab. 4. Karakteristike pet poljoprivrednih bio-gas postrojenja koja su korišćena za testiranje metode (Bachmaier et al., 2011) Oznaka bio-gas postrojenja BGP1 BGP2 BGP3 BGP4 BGP5 Početak rada postrojenja Broj stepeni procesa Maseni udeo stajnjaka u korišćenim supstratima % (m/m) Vrste korišćenog stajnjaka Vrste korišćenog energetskog bilja GTS, GČS, GSP SK, ST, SSŽ, SZR GTS SD, SK SK, ST, SSŽ, MOK, ZSŽ STS, GTS, GČS SK, ST, SSŽ, MOK, MZŽ GTS, GČS SK, SZR, RŠR, GN Ukupna zapremina fermentora 1 m Zapremina rezervoara za ostatak fermentacije m Tip gasnog motora G G G G+IP G Broj gasnih motora

120 Oznaka bio-gas postrojenja Nazivna električna snaga postrojenja Specifična električna snaga postrojenja Nazivna termička snaga postrojenja Specifična termička snaga postrojenja BGP1 BGP2 BGP3 BGP4 BGP5 kw e kw e m -3 0,21 0,13 0,17 0,23 0,29 kw t np 167 np kw t m -3 np 0,06 np 0,16 0,16 1) Suma zapremina fermentora u svim stepenima procesa, osim rezervoara za ostatak fermentacije; BGP: bio-gas postrojenje; G: gasni Otto motori; IP: Dizel motori s inicijalnim paljenjem; np: nije poznato; GTS: goveđi tečni stajnjak; STS: svinjski tečni stajnjak; GČS: goveđi čvrsti stajnjak; ČSP: čvrsti stajnjak peradi; SK: silaža kukuruza; ST: silaža trave; SZR: silaža zelene raži; SSŽ: silaža strnih žita; SD: silaža deteline; MOK: mešavina oklaska i kukuruza; ZSŽ: zrno strnih žita; RŠR: rezanci šećerne repe; MZŽ: mleveno zrno žitarica. Postupak testiranja Test razvijene metode je sproveden da se proveri da li dobijeni rezultati mogu da doprinesu poboljšanju efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja. Pošto se metoda bazira na principima ekspertskih sistema, testiranje se sastoji od verifikacije i validacije (Prerau, 1990). Verifikacijom je provereno da li je sakupljeno ekspertsko znanje iz oblasti bio-gas tehnologije modelovano na odgovarajući način. Razvijena metoda je verifikovana poređenjem dobijenih rezultata s onim što bi eksperti predložili na osnovu sopstvenog znanja i iskustva. Ovo je prvenstveno sprovedeno na delovima metode kojima se ocenjuju pojedinačni pokazatelji efikasnosti, a nakon toga je isti postupak sproveden za verifikaciju metode kao celine. Validacijom je provereno da li razvijena metoda ispunjava postavljeni zadatak na određenom nivou tačnosti. Drugim rečima, ocenjeno je da li su dobijeni rezultati korisni za korisnika. Validacija je sprovedena poređenjem dobijenih rezultata sa zaključcima eksperata iz oblasti bio-gasa s Instituta za poljoprivrednu tehniku i stočarstvo iz Frajzinga. Ovi eksperti su bili uključeni u proces praćenja efikasnosti pet bio-gas postrojenja čiji su podaci iskorišćeni za testiranje razvijene metode. Na taj način, eksperti su imali detaljan uvid u prednosti i nedostatke u radu ovih bio-gas postrojenja, na osnovu čega su ocenili da li su predložene mere za poboljšanje efikasnosti izvodljive za svako od testiranih bio-gas postrojenja. Rezultati testiranja Izvod dobijenih rezultata ocene efikasnosti i analize mogućnosti poboljšanja efikasnosti za jedno od ocenjenih bio-gas postrojenja BGP1 prikazani su u tab. 5 i tab. 6. Pri tome, ocenjen je rad postrojenja za dva različita perioda, zimski i letnji. Ocena efikasnosti i analiza mogućnosti poboljšanja efikasnosti sprovedeni su posebno za proizvodnju bio-gasa i za korišćenje bio-gasa. Rezultati ocene efikasnosti sadrže kvalitativnu ocenu, posebno za proizvodnju bio-gasa i za korišćenje bio-gasa, kao i za 95

121 ocenjene pokazatelje efikasnosti. Rezultati analize mogućnosti poboljšanja efikasnosti sastoje se iz više delova i interpretiraju se na sledeći način. Ocenom proizvodnje bio-gasa i za korišćenja bio-gasa jednom od četiri klase efikasnosti, korisnik dobija uvid da li je uopšte potrebno da se efikasnost bio-gas postrojenja poboljša. Zatim, korisnik se informiše o konkretnim slabim tačkama u radu postrojenja, na osnovu rezultata kvalitativne ocene za odgovarajuće pokazatelje efikasnosti. To je ukratko i za korisnika razumljivo opisano u delu Opis. U delu Dijagnoza detaljnije su opisani uzroci nedovoljne efikasnosti u skladu sa rezultatima ocene odgovarajućih pokazatelja efikasnosti. Konačno, u delu Predložena mera za poboljšanje efikasnosti, predloženo je na konkretan način ono što bi moglo prvenstveno da se sprovede da bi se efikasnost bio-gas postrojenja poboljšala. U većini slučajeva, ove mere se odnose na prilagođavanje pogonskih uslova, a ređe na sprovođenje dogradnje na postrojenju i novih investicija. Kada za to postoji potreba naznačena je Dodatna mera za poboljšanje efikasnosti, što može da podrazumeva sprovođenje dogradnje i novih investicija. Zimski period U ovom primeru dobijenih rezultata za zimski period, razmotrena je kombinacija kvalitativnih ocena za pokazatelje efikasnosti PEO1 ODLIČNO, PEO2 ODLIČNO, PEA1 SREDNJE, PEA2 NISKO i PEA3 NEDOVOLJAN BROJ PODATAKA (tab. 5). Analizom kvalitativnih ocena za PEO1 i PEO2, zaključuje se da prinos bio-gasa i produktivnost metana dostižu visoke vrednosti, što rezultira ocenom ODLIČNO za proces proizvodnje bio-gasa. Iako je Hidrauličko retenciono vreme (PEA1) ocenjeno sa SRE- DNJE, opterećenje fermentora organskom materijom je ocenjeno visoko zbog visoke vrednosti produktivnosti metana. Zatim, zaključeno je da ne postoje naznake da je stabilnost procesa anaerobne fermentacije poremećena (PEA3), uprkos činjenici da postoji NEDOVOLJAN BROJ PODATAKA za ovaj pokazatelj efikasnosti. Uspostavljena dijagnoza je pouzdana, jer je nestabilnost procesa anaerobne fermentacije prepoznatljiva pri niskim prinosima bio-gasa i produktivnosti metana, što bi bilo u suprotnosti sa dobijenom ocenom ODLIČNO. Jedini nedostatak ocenjenog bio-gas postrojenja BGP1 u ovom primeru predstavlja neodgovarajuće dimenzionisanje instalirane električne snage kogenerativnog postrojenja. Ovaj zaključak izveden je iz rezultata kvalitativne ocene za Specifična zapremina fermentora (PEA2) NISKO, Hidrauličko retenciono vreme (PEA1) SREDNJE i Stepen iskorišćenja kogenerativnog postrojenja (PEO3) PRIHVATLJIVO, što ukazuje da je instalirana električna snaga kogenerativnog postrojenja predimenzionisana. U skladu sa tim, ukoliko dostupna količina supstrata ne može da se iskoristi u procesu anaerobne fermentacije zbog ograničene zapremine fermentora, kapacitet fermentora mogao bi da se poveća što bi zahtevalo značajne investicije za građevinske radove. Nasuprot tome, postojeće kogenerativno postrojenje moglo bi da se zameni drugim koje ima manju instaliranu električnu snagu. Time može da se poboljša ekonomski efekat bio-gas postrojenja usled rada kogenerativnog postrojenja pri većoj nazivnoj snazi, a time i višoj električnoj efikasnosti. 96

122 Tab. 5. Rezultati ocene efikasnosti i analize mogućnosti poboljšanja efikasnosti, primer za BGP1 (zimski period) Aspekt / Pokazatelj efikasnosti Proizvodnja bio-gasa PEO1: Relativni prinos bio-gasa, B r PEO2: Produktivnost metana, P M PEA1: Hidrauličko retenciono vreme, HRV PEA2: Specifična zapremina fermentora, V F,s PEA3: Stabilnost procesa anaerobne fermentacije, K OMK Ocena ODLIČNO ODLIČNO ODLIČNO SREDNJE NISKA NEDOVOLJAN BROJ PODATAKA Opis Hidrauličko retenciono vreme zadržavanja supstrata u bio-gas postrojenju je srednje. U odnosu na instaliranu nazivnu snagu kogenerativnog postrojenja, zapremina fermentora je nedovoljna. Snaga instaliranog kogenerativnog postrojenja nije dovoljno iskorišćena. Dijagnoza Prinos bio-gasa i produktivnost metana su odlični. Opterećenje zapremine fermentora organskom materijom je visoko. Snaga instaliranog kogenerativnog postrojenja je delimično predimenzionisana. Ne postoje naznake da je stabilnost procesa anaerobne fermentacije poremećena. U oblasti proizvodnje bio-gasa ne postoji značajna potreba za poboljšanjem efikasnosti. Predložena mera za poboljšanje efikasnosti Odgovarajućim dimenzionisanjem zapremine fermentora ili nazivne snage kogenerativnog postrojenja, pogon bio-gas postrojenja mogao bi da bude optimalan i da se poboljša ukupna efikasnost. Aspekt / Pokazatelj efikasnosti Ocena Korišćenje bio-gasa PRIHVATLJIVO PEO3: Stepen iskorišćenja kogenerativnog postrojenja, I KPETE PRIHVATLJIVO PEO4: Stepen iskorišćenja energije metana, I M DOBRO PEA4: Električna efikasnost kogenerativnog postrojenja, η e,kpete SREDNJA PEA5: Udeo električne energije za pogon postrojenja, E bp,u NIZAK PEA6: Udeo efikasno iskorišćene toplotne energije, T e,u SREDNJI PEA7: Udeo toplotne energije za pogon postrojenja, T bp,u SREDNJI PEA8: Stepen opterećenja kogenerativnog postrojenja, O KPETE VISOK Dijagnoza Električna efikasnost instaliranog kogenerativnog postrojenja je srednja, ali je toplotna energija samo delimično iskorišćena. Udeo električne energije za pogon postrojenja je nizak. Udeo toplotne energije za pogon postrojenja je srednji. Predložena mera za poboljšanje efikasnosti Razmotriti mogućnosti za veće iskorišćenje toplotne energije. Letnji period U toku letnjeg perioda, za koji su rezultati prikazani nadalje, rukovalac bio-gas postrojenja je povećao količinu dnevnog unosa supstrata, a time i opterećenje fermentora organ- 97

123 Tab. 6. Rezultati ocene efikasnosti i analize mogućnosti poboljšanja efikasnosti, primer za BGP1 (letnji period) Aspekt / Pokazatelj efikasnosti Proizvodnja bio-gasa PEO1: Relativni prinos bio-gasa, B r PEO2: Produktivnost metana, P M PEA1: Hidrauličko retenciono vreme, HRV PEA2: Specifična zapremina fermentora, V F,s PEA3: Stabilnost procesa anaerobne fermentacije, K OMK Ocena ODLIČNO ODLIČNO ODLIČNO KRATKO NISKA NEDOVOLJAN BROJ PODATAKA Opis Hidrauličko retenciono vreme zadržavanja supstrata u bio-gas postrojenju je kratko. U odnosu na instaliranu nazivnu snagu kogenerativnog postrojenja, zapremina fermentora je nedovoljna. Snaga instaliranog kogenerativnog postrojenja je loše iskorišćena. Dijagnoza Prinos bio-gasa je prihvatljiv. Produktivnost metana je dobra. Opterećenje zapremine fermentora organskom materijom je vrlo visoko i korišćeni supstrati su nedovoljno razgrađeni. Postoji opasnost da se stabilnost procesa anaerobne fermentacije poremeti. Zapremina fermentora je poddimenzionisana u odnosu na snagu instaliranog kogenerativnog postrojenja. Predložena mera za poboljšanje efikasnosti Redukovati opterećenje zapremine fermentora organskom materijom za jednu trećinu, u cilju smanjenja nestabilnosti procesa anaerobne fermentacije i povećanja razgradnje korišćenih supstrata. Sprovesti jednom nedeljno laboratorijske analize sadržaja fermentora. Ponoviti ocenu efikasnosti u narednih dve do četiri sedmice s aktuelnim podacima. Dodatna mera za poboljšanje efikasnosti: Povećati zapreminu fermentora u cilju većeg iskorišćenja snage instaliranog kogenerativnog postrojenja i efikasnije razgradnje korišćenih supstrata (povećanjem prinosa bio-gasa). Ako se sprovodi povećanje zapremine fermentora, posavetovati se sa stručnjakom iz oblasti bio-gas tehnologije. Aspekt / Pokazatelj efikasnosti Korišćenje bio-gasa PEO3: Stepen iskorišćenja kogenerativnog postrojenja, I KPETE PEO4: Stepen iskorišćenja energije metana, I M PEA4: Električna efikasnost kogenerativnog postrojenja, η e,kpete PEA5: Udeo električne energije za pogon postrojenja, E bp,u PEA6: Udeo efikasno iskorišćene toplotne energije, T e,u PEA7: Udeo toplotne energije za pogon postrojenja, T bp,u PEA8: Stepen opterećenja kogenerativnog postrojenja, O KPETE Ocena PRIHVATLJIVO NEPRIHVATLJIVO SREDNJA NIZAK NIZAK SREDNJI VISOK SREDNJA Dijagnoza Električna efikasnost instaliranog kogenerativnog postrojenja je srednja, ali je toplotna energija nedovoljno iskorišćena. Udeo električne energije za pogon postrojenja je nizak. Udeo toplotne energije za pogon postrojenja je srednji. Predložena mera za poboljšanje efikasnosti Razmotriti mogućnosti za značajno veće iskorišćenje toplotne energije. 98

124 skom materijom. Pošto mu tada razvijena metoda nije bila dostupna za korišćenje, njegova namera je bila da poveća stepen iskorišćenja kogenerativnog postrojenja povećanjem produktivnosti bio-gasa. Ipak, pošto je opterećenje fermentora organskom materijom već bilo visoko, sprovedena mera je rezultirala destabilizacijom procesa anaerobne fermentacije, što je ukazano i u analizi mogućnosti poboljšanja efikasnosti. U skladu sa tim, u oceni efikasnosti je PEO1 ocenjen sa PRIHVATLJIVO i PEO2 sa DOBRO (tab. 6). Primarna mera za poboljšanje efikasnosti koja je predložena odnosi se na značajno smanjenje opterećenja fermentora organskom materijom sa ciljem da se uspostavi stabilnost procesa anaerobne fermentacije. Zatim, predloženo je da se nedeljno sprovode hemijske analize sadržaja fermentora, sve dok se ponovo ne uspostavi stabilnost procesa anaerobne fermentacije. Uspostavljena dijagnoza je da je zapremina fermentora poddimenzionisana u odnosu na snagu instaliranog kogenerativnog postrojenja. Ovo je u suprotnosti sa dijagnozom za zimski period snaga instaliranog kogenerativnog postrojenja je delimično predimenzionisana (tab. 5). Zbog toga je naredna mera za poboljšanje efikasnosti povećanje zapremine fermentora, jer je potrebno korišćenje dodatnih supstrata. Povećanjem zapremine, opterećenje zapremine fermentora organskom materijom bi se smanjilo. Da bi uspešno sproveo ovu meru za poboljšanje efikasnosti, predloženo je da se rukovalac bio-gas postrojenja posavetuje sa stručnim licem iz oblasti bio-gas tehnologije. Ocena primenljivosti metode Razvijena metoda namenjena je za rukovaoce bio-gas postrojenja. Primena metode rezultira prepoznavanjem moguće slabe tačke u efikasnosti ocenjenih bio-gas postrojenja i pomaže korisniku da se identifikuju mere za poboljšanje. Da bi se metoda uspešno primenila, potrebno je da korisnik dobro poznaje tehničko-tehnološki koncept sopstvenog bio-gas postrojenja, kao i da poseduje odgovarajuće tehničko znanje i veštine. Iako bi trebalo da su eksperti iz oblasti bio-gas tehnologije sposobni da samostalno identifikuju mere za poboljšanje efikasnosti bio-gas postrojenja, razvijena metoda može da posluži kao pomoćni alat da se postupak ocene pojednostavi i ubrza. Ipak, preduslov za to je da postoji dovoljno pouzdanih podataka o radu razmatranog bio-gas postrojenja. Mogući postupak primene razvijene metode prikazan je dijagramom na sl. 10. Nakon što se oceni efikasnost bio-gas postrojenja i primene se mere za poboljšanje efikasnosti, potrebno je da se kontinualno sakupljaju podaci o efikasnosti tokom vremenskog perioda najkraće od jednog hidrauličkog retencionog vremena za korišćene supstrate. Nakon ovog vremena, poželjno je da se ocena efikasnosti ponovi da bi se pratilo unapređenje efikasnosti bio-gas postrojenja i ocenila uspešnost primenjenih mera za poboljšanje. Razvijena metoda takođe može da se primeni u fazi planiranja poljoprivrednih biogas postrojenja, da bi se sprečile greške u dimenzionisanju instalirane električne snage kogenerativnih postrojenja ili zapremine fermentora, kao i da bi se definisali odgovarajući pogonski uslovi. Korišćenjem ove metode, budući eksperti i stručna lica iz oblasti bio-gas tehnologije mogu da se obuče za ocenjivanje efikasnosti bio-gas postrojenja i 99

125 Ocena efikasnosti od strane rukovaoca Sakupljanje podataka i izračunavanje pokazatelja za ocenu efikasnosti Ocena efikasnosti prvom metodom Analiza efikasnosti bio-gas postrojenja nakon perioda hidrauličnog retencionog vremena Dobijanje rezultata: kvalitativna ocena efikasnosti Objašnjenje simbola Početak ili završetak aktivnosti Aktivnost Potreba za poboljšanjem efikasnosti NE Odluka DA Analiza mogućnosti poboljšanja efikasnosti od strane rukovaoca Rezultat aktivnosti Sakupljanje podataka i izračunavanje pokazatelja za analizu mogućnosti poboljšanja Dobijanje rezultata: mere za poboljšanje efikasnosti Analiza mogućnosti poboljšanja efikasnosti drugim metodom Efikasnost ocenjena i mogućnost poboljšanja analizirana Mere za poboljšanje efikasnosti predložene NE DA Primena predloženih mera za poboljšanje efikasnosti Praćenje efikasnosti rada bio-gas postrojenja u novim pogonskim uslovima Sl. 10. Dijagram toka predloženog postupka primene razvijene metode 100

126 definisanje mera za poboljšanje. Analiziranjem dobijenih rezultata, korisnici mogu da usvoje ekspertsko znanje sadržano u metodi. Primena metode u oblasti poljoprivrede omogućena je razvojem internet portala od strane Bavarskog državnog instituta za poljoprivredu iz Frajzinga, pod nazivom Bio-gas- Doc ( u okviru kog je sadržana razvijena metoda. U vreme pisanja ovog rada, Bio-gasDoc nije bio dostupan za javno korišćenje. Svrha korišćenja metode preko interneta je da se omogući diseminacija, da rukovaoci bio-gas postrojenja i konsultanti u oblasti bio-gasa imaju dostupnu metodu za korišćenje. Podatke o bio-gas postrojenju korisnik dostavlja preko ovog internet portala. Na osnovu toga, Bio-gasDoc izračunava neophodne pokazatelje za ocenu i kao povratnu informaciju korisnik dobija uvid o slabim tačkama u radu bio-gas postrojenja i rezultate ocene efikasnosti. Detaljan opis Bio-gasDoc i primeri njegove primene prikazani su u Effenberger et al. (2014). Ograničenja i dalji razvoj Da bi se poboljšala pouzdanost razvijene metode, neophodno je da se ona testira korišćenjem podataka o radu drugih bio-gas postrojenja. Zatim, potrebno je da se metoda prilagodi u skladu sa stalnim razvojem i unapređenjem efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja. Prikazana metoda omogućava ocenu efikasnosti i analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja u odnosu na tehnički aspekt. Korišćeni pristup za razvoj metode mogu da se primene u razvijanju metoda za sprovođenje poboljšanja efikasnosti u odnosu na socio-ekonomske i aspekte zaštite životne sredine, kao što je navedeno u Djatkov et al. (2010). Ovakav dalji razvoj mogao bi da se sprovede u saradnji sa istraživačima i ekspertima iz datih oblasti. Rezultujući postupak bio bi značajno kompleksniji od postojeće metode, ali sveobuhvatniji jer se razmatraju svi važni aspekti rada bio-gas postrojenja. Primena razvijene metode ograničena je na poljoprivredna bio-gas postrojenja na kojima se proizvedeni bio-gas koristi za kontinualno generisanje električne energije. Zbog toga, metoda nije primenljiva za bio-gas postrojenja sa drugim pogonskim uslovima, na primer za postrojenja koja korišćenjem bio-gasa generišu električnu energiju prema potrebama, u skladu sa generisanjem električne energije iz fotonaponskih ćelija ili vetrogeneratora. Takva bio-gas postrojenja morala bi dodatno da budu opremljena dovoljnim prostorom za skladištenje i kogenerativnim postrojenjem veće električne instalirane snage. Izborom odgovarajućih pokazatelja efikasnosti, podešavanjem AKO-ON- DA pravila i klasa efikasnosti, kao i definisanjem novih mera za poboljšanje efikasnosti, metoda bi mogla da se prilagodi navedenim zahtevima. ZAKLJUČCI Prikazana metoda za ocenu i analizu mogućnosti poboljšanja efikasnosti poljoprivrednih bio-gas postrojenja zasniva se na korišćenju pokazatelja efikasnosti. Četiri pokazatelja su izabrana za ocenu efikasnosti i osam pokazatelja za analizu mogućnosti 101

127 poboljšanja efikasnosti. Svi pokazatelji zadovoljavaju preduslove da se vrednosti jednostavno izračunavaju, sadrže nižu vrednost neodređenosti od 10%, kao i da omogućavaju poređenje poljoprivrednih bio-gas postrojenja bez obzira na njihove razlike u konfiguraciji i veličini. Primenom pristupa fazi logike i ekspertskih sistema, omogućeno je da se neodređenost sadržana u podacima za ocenu kao i ekspertsko znanje iz oblasti bio-gas tehnologije modeluju. Na taj način sprečeno je da neizbežna neodređenost u vrednostima pokazatelja efikasnosti prouzrokuje predlaganje neadekvatnih mera za poboljšanje efikasnosti ili mera koje nisu primenljive za ocenjeno bio-gas postrojenje. U poređenju sa drugim pristupima koji se primenjuju za ocenu efikasnosti bio-gas postrojenja, prikazanom metodom se dobijaju rezultati pomoću zaključivanja, tj. donošenjem zaključaka. Posebna prednost je što metoda omogućava da se ocena sprovede i mere za poboljšanje efikasnosti predlože, čak iako neki od podataka za ocenu nedostaju. Razvijena metoda je testirana korišćenjem podataka o radu pet poljoprivrednih biogas postrojenja koja su u pogonu u Bavarskoj, a validirana na osnovu ocene primenljivosti dobijenih rezultata za rukovaoce postrojenja. Predviđeno je da metodu koriste rukovaoci bio-gas postrojenja kao pomoć pri oceni mogućnosti poboljšanja efikasnosti. Međutim, čak i stručna lica iz oblasti bio-gas tehnologije mogu da koriste metodu da bi skratili i pojednostavili postupak poboljšanja efikasnosti. U fazi planiranja poljoprivrednog bio-gas postrojenja, primena metode može da doprinese sprečavanju grešaka u dimenzionisanju postrojenja i definisanju pogonskih uslova. Metoda takođe može da se koristi za obuku budućih stručnih lica za bio-gas tehnologiju. Primena metode u oblasti poljoprivrede sprovedena je razvojem internet portala Bio-gasDoc, čime je omogućeno i dalje testiranje i validacija. Za dalji razvoj i istraživanje, predlaže se da se metoda prilagodi drugim tipovima bio-gas postrojenja i sa drugim pogonskim uslovima, kao i da se oblast primene proširi i za druge aspekte rada bio-gas postrojenja kao što su socio-ekonomski i uticaj na životnu sredinu. ABSTRACT From previous research and monitoring of agricultural bio-gas plants it is known that there are various possibilities and needs for improving their efficiency. However, a reliable methodological approach for this purpose was missing. Therefore, the objective of this research was to develop a method for assessing and improving the efficiency of agricultural bio-gas plant operation. Firstly, four performance figures for efficiency assessment and eight performance figures for efficiency improvement analysis of the technical aspect of a bio-gas plant operation were selected. Based on these, the method was developed by applying approaches of fuzzy logic and expert systems. Using these approaches, it was possible to handle uncertainty in the assessment data and to model expert knowledge from the field of bio-gas technology. The method was tested with performance data from five agricultural bio-gas plants with combined heat and power production, located in Bavaria. The method was verified and validated, and is proposed as a comprehensive approach for assessing and improving the efficiency of agricultural 102

128 bio-gas plants with respect to the technical aspect. To disseminate the method among potential users such as bio-gas plant operators or consultants, a web application is being developed. According to changes in the state of the art of bio-gas technology, continuous updating and improvement of the method is needed. For further development, the method should be adapted to other types of bio-gas plants, and extended to environmental and socio-economic aspects of bio-gas plant operation. Keywords: method, decision, efficiency, improvement, bio-gas, facility. LITERATURA Akbulut, A. (2012). Techno-economic analysis of electricity and heat generation from farm-scale bio-gas plant: Çiçekdağı case study. Energy. 44 (1). p Bacenetti, J., Negri, M., Fiala, M., González-García, Sara (2013). Anaerobic digestion of different feedstocks: Impact on energetic and environmental balances of bio-gas process. Sci Tot Environ p Bachmaier, H., Effenberger, M., Gronauer, A., Boxberger, J. (2013). Changes in greenhouse gas balance and resource demand of bio-gas plants in southern Germany after a period of three years. Waste Management Research. 31 (4). p Bachmaier, H., Ebertseder, F., Effenberger, M., Kissel, R., Rivera-Gracia, Eunice, Gronauer, A. (2011). Wissenschaftliche Begleitung der Pilotbetriebe zur Bio-gasproduktion in Bayern (Fortsetzung ). Final report. Freising: Bavarian State Research Center for Agriculture (LfL). LfL Schrift 5/2011. Bachmaier, J., Effenberger, M., Gronauer, A. (2010). Greenhouse gas balance and resource demand of bio-gas plants in agriculture. Engineering in Life Sciences. 10 (6). p Banks, C.J., Chesshire, M., Heaven, S., Arnold, R. (2011). Anaerobic digestion of sourcesegregated domestic food waste: Performance assessment by mass and energy balance. Bioresource Technology. 102 (2). p Bauer, A., Mayr, H., Hopfner-Sixt, Katharina, Amon, T. (2009). Detailed monitoring of two bio-gas plants and mechanical solid liquid separation of fermentation residues. Journal of Biotechnology. 142 (1). p Braun, R., Laaber, M., Madlener, R., Brachtl, E., Kirchmayr, R. (2007). Aufbau eines Bewertungssystems für Bio-gasanlagen Gütesiegel Bio-gas. Final report. Vienna: State Ministry for Transport, Innovation and Technology. Report No.: Research programm: Energiesysteme der Zukunft. Cao, Y., Pawlowski, A. (2012). Sewage sludge-to-energy approaches based on anaerobic digestion and pyrolysis: brief overview and energy efficiency assessment. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 16. p Cheng, S., Li, Z., Mang, H.P., Neupane, K., Wauthelet, M., Huba, Elisabeth-Maria (2014). Application of fault tree approach for technical assessment of small-sized bio-gas systems in Nepal. Applied Energy p

129 104 Djatkov, Dj., Effenberger, M. (2010). Data Envelopment Analysis for assessing the efficiency of bio-gas plants: capabilities and limitations. Journal on Processing and Energy in Agriculture. 14 (3 4). p Djatkov, Dj., Effenberger, M., Lehner, A., Martinov, M., Tesic, M., Gronauer, A. (2012). New method for assessing the performance of agricultural bio-gas plants. Renewable Energy. 40 (1). p Effenberger, M., Bachmaier, H., Kränsel, Eunice, Lehner, A., Gronauer, A. (2010). Wissenschaftliche Begleitung der Pilotbetriebe zur Bio-gasproduktion in Bayern. Final report. Freising: Bavarian State Research Center for Agriculture (LfL). LfL Schrift 1/2010. Effenberger, M., Buschmann, A., Schober, J., Djatkov, Dj. (2014). Web based weak point analysis for agricultural bio-gas plants. Landtechnik. 69 (2). p Effenberger, M., Lehner, A., Djatkov, Dj., Gronauer, A. (2009). Performance figures of Bavarian agricultural bio-gas plants. Contemporary Agricultural Engineering. 35 (4). p Häring, G., Sonnleitner, M., Zörner, W., Brügging, E., Bücker, Christin, Wetter, C. et al. (2010). Handreichung zur Optimierung von Bio-gasanlagen. Ingolstadt/Münster/Heidelberg: Hochschule Ingolstadt, Fachhochschule Münster, IFEU Heidelberg. Havukainen, J., Uusitalo, V., Niskanen, A., Kapustina, V., Horttanainen, M. (2014). Evaluation of methods for estimating energy performance of bio-gas production. Renewable Energy. 66. p Hoffmann, J. (1999). Handbuch der Meßtechnik. Munich/Vienna: Carl Hanser Verlag. Ishikawa, S., Hoshiba, S., Hinata, T., Hishinuma, T., Morita, S. (2006). Evaluation of a bio-gas plant from life cycle assessment (LCA). International Congress Series p Jury, C., Benetto, E., Koster, D., Schmitt, Bianca, Welfring, J. (2010). Life Cycle Assessment of bio-gas production by monofermentation of energy crops and injection into the natural gas grid. Biomass and Bioenergy. 34 (1). p Kana, G., Oloke, J., Lateef, A., Adesiyan, M. (2012). Modeling and optimization of biogas production on saw dust and other co-substrates using Artificial Neural network and Genetic Algorithm. Renewable Energy. 46. p Klir, G., Yuan, B. (1995). Fuzzy sets and fuzzy logic: Theory and applications. Upper Saddle River: Prentice Hall PTR. Lehner, A., Effenberger, M., Groanuer, A. (2010). Optimierung der Verfahrenstechnik landwirtshaftlicher Bio-gasanlagen. Absclussbericht an das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten. Final report. Freising: Bavarian State Research Center for Agriculture (LfL). LfL Schrift 2/2010. Madlener, R., Antunes, C., Dias, L. (2009). Assessing the performance of bio-gas plants with multi-criteria and data envelopment analysis. European Journal of Operational Research. 197 (3). p Mezzullo, W., McManus, M., Hammond, G. (2013). Life cycle assessment of a smallscale anaerobic digestion plant from cattle waste. Applied Energy p

130 Nzila, C., Dewulf, J., Spanjers, H., Tuigong, D., Kiriamiti, H., van Langenhove, H. (2012). Multi criteria sustainability assessment of bio-gas production in Kenya. Applied Energy. 93. p Pöschl, Martina, Shane, W., Owende, P. (2010). Evaluation of energy efficiency of various bio-gas production and utilization pathways. Applied Energy. 87. p Pöschl, Martina, Ward, S., Owende, P. (2012). Environmental impacts of bio-gas deployment Part I: life cycle inventory for evaluation of production process emissions to air. Journal of Cleaner Production. 24. p Pöschl, Martina, Ward, S., Owende, P. (2012). Environmental impacts of bio-gas deployment Part II: life cycle assessment of multiple production and utilization. Journal of Cleaner Production. 24. p Prerau, D. (1990). Developing and managing expert systems: Proven techniques for business and industry. Boston: Adison-Wesley Longman Publishing Co. Rehl, T., Lansche, J., Müller, J. (2012). Life cycle assessment of energy generation frombio-gas Attributional vs. consequential approach. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 16 (6). p Rehl, T., Müller, J. (2011). Life cycle assessment of bio-gas digestate processing technologies. Resources Conservation and Recycling. 56 (1). p Salter, A., Banks, C. (2009). Establishing an energy balance for crop-based digestion. Water Science and Technology. 59. p Schneider, M., Kandel, A., Langholz, G., Chew, G. (1996). Fuzzy expert system tools. Chichester/Brisbane/Toronto/Singapore: John Wiley & Sons. Schöftner, R., Valentin, K., Schmiedinger, B., Trogisch, S., Haberbauer, Marianne, Katzlinger, Katharina, et al. (2006) Best Bio-gas Practise Monitoring und Benchmarks zur Etablierung eines Qualitätsstandards für die Verbesserung des Betriebs von Biogasanlagen und Aufbau eines österreichweiten Bio-gasnetzwerks. Final report. Vienna: State Ministry for Transport, Innovation and Technology. Report No.: 45/2007. Research program: Energiesysteme der Zukunft. Scholwin, F., Liebetrau, J., Edelmann, W. (2009). Bio-gasgerzeugung und nutzung. In: Kaltschmitt M, Hartmann H, Hofbauer H. (eds.) Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. Dordrecht/Heidelberg/London/New York: Springer. p Scholwin, F., Nelles, M. (2013). Energy flows in bio-gas plants: analysis and implications for plant design. In: Wellinger A, Murphy J.D, Baxter D, (eds). The Bio-gas Handbook. Cambridge: Woodhead Publishing Limited. p Starr, Katherine, Gabarrell, X., Villalba, G., Talens Laura, Lombardi Lidia (2012). Life cycle assessment of bio-gas upgrading technologies. Waste Management. 32 (5). p Thorin, Eva, Lindmark, J., Nordlander, Eva, Odlare, Monica, Dahlquist, E., Kastensson, J. et al. (2012). Performance optimization of the Växtkraft bio-gas production plant. Applied Energy. 97. p Ward, A.J., Hobbs, P.J., Holliman, P.J., Jones, D.L. (2008). Optimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources. Bioresource Technology. 99 (17). p

131 106 Yang, J., Chen, B. (2014). Emergy analysis of a bio-gas-linked agricultural system in rural China A case study in Gongcheng Yao Autonomous County. Applied Energy p Anonim (2012). Bio-gas barometer study. Paris: EurObserv ER. ( pristupljeno novembra 2013). Anonim (2011). VDI 4631: Gütekriterien für Bio-gasanlagen. Berlin: Beuth Verlag GmbH. Anonim (2010). Gasausbeute in landwirtschaftlichen Bio-gasanlagen. 2nd ed. Darmstadt: Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.v. (KTBL). Anonim (2009a). Directive 2009/28/EC on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC. Official Journal of the European Union. L140. p Anonim (2009b). Bio-gas-Messprogramm II 61 Bio-gasanlagen im Vergleich. Gülzow: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR). Anonim (2005). Ergebnisse des Bio-gas-Messprogramms. Gülzow: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR).

132 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Rudolf Kastori, Miladin Brkić, Ivana Maksimović, Marina Putnik Delić* EKOLOŠKI ASPEKTI PRIMENE BIOMASE U PROIZVODNJI ENERGIJE ZELENA ENERGIJA I PLODNOST ZEMLJIŠTA SAŽETAK: Sve veća potreba za energentima, ograničenost zaliha fosilnih goriva, neravnomeran raspored nalazišta fosilnih goriva u svetu, njihovo nepovoljno dejstvo na životnu sredinu i sve veća cena, kao i težnja za energetskom nezavisnošću zemalja korisnika, doveli su do toga da je snabdevanje fosilnom energijom postalo ne samo ekonomski i ekološki, već i geopolitički problem. U svetlu navedenog potrebno je sagledati težnju za iznalaženjem novih izvora energije, obnovljivih, ekološki i ekonomski prihvatljivih. U okviru obnovljivih izvora energije korišćenje biomase za dobijanje energije ima veoma značajno mesto u globalnim razmerama. Raspoložive količine biomase za proizvodnju energije su značajne i njihovo korišćenje, ukoliko je racionalno, ne ugrožava životnu sredinu. Postoje različiti tehničko-tehnološki postupci za korišćenje biomase u proizvodnji energije: sagorevanje, proizvodnja bio-gasa, bio-dizela i bio-etanola, ugljenisanje biomase (proizvodnja biouglja i bioulja), gajenje brzorastućih energetskih biljaka, konzervacijska obrada zemljišta i dr. Imajući u vidu da biomasa ima značajnu ulogu u kruženju materija u agroekosistemu i šire, u cilju očuvanja plodnosti zemljišta važno je voditi računa o načinu njenog korišćenja. Biomasa sadrži značajnu količinu organskih i mineralnih materija i zahvaljujući tome zaoravanje žetvenih ostataka povoljno utiče na hemijske i fizičke osobine i biogenost zemljišta, a time na njegovu plodnost, što se pozitivno odražava na prinos i kvalitet gajenih biljaka. Stoga odnošenje žetvenih ostataka sa njiva i njihovo sagorevanje dugoročno dovodi do smanjenja sadržaja organske materije u zemljištu i time do smanjenja njegove plodnosti. U slučaju da se žetveni ostaci njivskih biljaka redovno odnose sa njiva potrebno bi bilo, u cilju očuvanja plodnosti zemljišta, sveke treće ili četvrte godine đubriti sa 20 do 30 t/ha stajnjaka. Imajući u vidu da je broj uslovnih grla po hektaru u Srbiji veoma nizak korišćenje biomase njivskih biljaka u cilju dobijanja energije sagorevanjem trebalo bi da prati unapređenje stočarske proizvodnje. Proizvodnja energije iz biomase putem bio-gasa je ekološki mnogo prihvatljivije. Ostatak biomase nakon upotrebe za proizvodnju bio-gasa je po svom hemijskom sastavu sličan stajnjaku. Korišćenje ostataka koji nastaju pri rezidbi vinograda i voćnjaka, nege šuma, prerade drveta i dr., kao i gajenje energetskih biljaka, ukoliko se ne gaje na površinama koja su podesne za njivsku proizvodnju i time konkurišu proizvodnji hrane, je sa ekološkog stanovišta prihvatljivo. * Univerzitet u Novom Sadu, Poljoprivredni fakultet Novi Sad, Trg D. Obradovića 8, Novi Sad, Srbija 107

133 Poređenje ekonomičnosti i uticaja na plodnost zemljišta pojedinih načina korišćenja biomase u energetske svrhe je složen zadatak, pošto na to utiču brojni činioci. U rešavanju ovog problema neophodan je multidisciplinaran pristup i korišćenje višekriterijumske optimizacije, da bi se pronašlo najpovoljnije rešenje za date agroekološke uslove. Ključne reči: biomasa, energija, sagorevanje, bio-gas, ugljenisanje, energetske biljke, plodnost zemljišta. UVOD Iznalaženje, razvoj i korišćenje alternativnih izvora energije postalo je u globalnim razmerama najveći izazov na početku XXI veka. Za to postoji više razloga. Potražnja za fosilnim energentima i njihova cena stalno rastu, a njihove zalihe su ograničene. Izvori fosilnih goriva nafte i zemnog gasa su neravnomerno raspoređeni u svetu što čini mnoge države, među njima i velike potrošače energenata, zavisnim od njihovih proizvođača. Ova zavisnost može da bude generator ekonomskih, a time i političkih problema. Pored navedenog, veoma je značajna i činjenica da korišćenje fosilnih goriva u globalnim razmerama u velikoj meri doprinosi zagađenju životne sredine, imisiji ugljen-doksida i drugih oksida (SOx), stvaranju efekta staklene bašte i promeni klime naše planete. Sve veća potreba za energentima i navedene činjenice su osnovni razlozi zbog kojih je čovečanstvo primorano da iznalazi druge, nove izvore energije koji omogućavaju stabilnu proizvodnju dovoljne količine energije sa prihvatljivom cenom, koji ne ugrožavaju životnu sredinu i koji su, po mogućstvu, obnovljivi, što znači da mogu kontinuirano, beskonačno da obezbeđuju potrebnu energiju kao i da potrošače čine manje zavisnim od proizvođača fosilnih energenata. U svetu se donose brojne mere za podsticanje korišćenja obnovljivih izvora energije. Za Srbiju, kao kandidata za člana EU, najznačajnije su mere koje su donete u Evropskoj uniji. Direktivom 2001/77/EC, koja se još naziva i RES 2020 (Renewable Energy Sources), definisan je cilj da se do godine dostigne udeo proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora (OIE) od najmanje 20%. Novom direktivom 2009/28/EC redefinisan je navedeni cilj te je isti udeo proširen na celokupnu potrošnju primarne energije. Dakle, bar 20% primarne energije i bar 20% električne energije i oko 7% goriva za transportna sredstva u EU do godine treba da potiče iz obnovljivih izvora energije. Ovo se odnosi i na Srbiju, ne samo kao kandidata za prijem u EU već i kao člana Evropske energetske zajednice. To su ambiciozni ciljevi, ali se čini da, pre svega sa stanovišta smanjenja emisije gasova staklene bašte (GHG, Greenhouse Gases), dakle očuvanja životne sredine, smanjenja potrošnje fosilnih goriva, ali i smanjenja energetske zavisnosti EU, oni nemaju alternativu. Srbija, kao aspirant za prijem u članstvo EU, a u skladu sa potpisanim dokumentima, treba da sledi ove ciljeve u što većem obimu. U prvoj polovini godine u Srbiji je donesen akcioni plan za biomasu. Iste godine doneta je Uredba Vlade Srbije o podsticaju korišćenja biomase za proizvodnju električne energije. Nažalost, iako se odavno očekuje, još nije doneta uredba za podsticanje korišćenja biomase za proizvodnju toplotne energije. Za investicije u postrojenja za proizvodnju električne energije nadležna je Republika, a za investicije u postrojenja za toplotnu energiju nadležna je 108

134 pokrajina i lokalne samouprave. Niti pokrajina, a naročito lokalne samouprave nemaju investiciona sredstava za izgradnu postrojenja za proizvodnju toplotne energije. Zbog ovakve situacije pitanje je koliko će se uspeti u nameri da se zadovolje planovi Evropske unije u pogledu korišćenja biomase u energetske svrhe do godine. U Strategiji poljoprivrede i ruralnog razvoja Republike Srbije za period godine (Službeni glasnik RS, br. 85/14) posebno se ističe podizanje svesti o značaju korišćenja obnovljivih izvora energije i proizvodnji energetskih useva, kao i kontrolisano upravljanje otpadom iz primarane poljoprivredne proizvodnje. Polazeći od navedenog smatrali smo opravdanim da se ukaže na neke ekološke aspekte primene biomase u proizvodnji energije, sa posebnim naglaskom na njeno sagorevanje, imajući u vidu značaj biomase u kruženju materija u agroekosistemu, i time za plodnost zemljišta. OPRAVDANOST KORIŠĆENJA BIOMASE U ENERGETSKE SVRHE I ODRŽIVOST POSTUPAKA Među obnovljivim izvorima energije biomasa zauzima važno mesto (Mihajlović, 2006, Dinya, 2011). Konstatovano je da u Srbiji najveće potencijale obnovljvih izvora energije predstavlja čvrsta biomasa, a u Vojvodini ostaci iz poljoprivredne proizvodnje (Ilić et al., 2004, Martinov et al., 2011). Procenjeno je da je u Vojvodini na raspolaganju oko 1,8 Mt ostataka poljoprivredne biomase za energetske svrhe, što je manje od 30% od ukupno raspoložive količine biljnih ostataka (6 Mt). Uzimajući u obzir ostatke od rezidbe i primarne prerade, trenutni energetski potencijal biomase u Vojvodini je oko 0,7 Mtoe, što se dobro slaže sa ranije procenjenim potencijalom u Srbiji, tj. 1,7 Mtoe (mega tona ekvivalentne nafte). Procenjeno je, takođe, da bi potencijal biomase za energetske svrhe u Vojvodini, do godine, mogao da bude oko 1,1 Mtoe. Najviše bi ovom doprinela proizvodnja brzorastućih višegodišnjih biljaka, ubiranje kukuruzovine i ostataka proizvodnje suncokreta. Očekuje se i dostizanje tehničke zrelosti za primenu u praksi novih tehnologija: LCB (lignocellulosic bioethanol), BtL (biomass to liquid), BtB (biomass to biodiesel), BtB (biomass to biogas) i proizvodnja električne energije iz biomase. Pomenuti postupci imaju svoje ekonomske, tehnološke, ekološke i druge prednosti i nedostatke zbog čega su u pojedinim regionima našli nejednaku primenu. Tehnološki, verovatno najjednostavnije je proizvesti energiju iz biomase sagorevanjem zbog čega je ovaj postupak našao širu primenu u nekim oblastima. Od ukupnog potencijala bioobnovljivih izvora energije u Republici Srbiji oko dve trećine se odnose na biomasu koja potiče iz poljoprivrede, pri čemu se ovaj potencijal može uvećati tako što će se pored ostataka iz ratarske proizvodnje koristiti biomasa koja neće konkurisati proizvodnji hrane i koja se obično odlikuje malim sadržajem biogenih elemenata kao što su npr. otpad nastao u voćarskoj proizvodnji, vinogradarstvu, šumarstvu, preradi drveta, trske i konoplje, kočanke od kukuruza i dr. Postoji mišljenje da je, s obzirom na veličinu poljoprivredne površine, zastupljenost kukuruza, ozime pšenice i soje u plodoredu, na teritoriji Vojvodine moguće proizvesti količinu energije koja odgovara milionu tona nafte na godišnjem nivou. U tabeli 1 prikazane su količine sporednih proizvoda ratarske proizvodnje potencijalno raspoložive za dobijanje energije u Vojvodini. 109

135 Na osnovu stanja u poljoprivredi i prehrambenoj industriji u AP Vojvodini procenjuje se da se poslednjih godina koristi oko 3% od ukupnih količina biomase za proizvodnju energije (toplote). Poseban problem je sprovođenje održivih postupaka za proizvodnju i korišćenje biomase za proizvodnju energije. Jedan od primera postupka za ocenu održivosti energetske primene biomase, koji je još u razvoju, je holandski standard NTA Na značaj održive primene biomase ukazuje i to da u okviru Evropskog komiteta za standardizaciju postoji grupa CEN/TC 383 Sustainably produced biomass for energy application, a u okviru Međunarodne organizacije za standardizaciju ISO/PC 248 Sustainability criteria for bioenergy. Tab. 1. Količine sporednih proizvoda ratarske proizvodnje potencijalno raspoložive za dobijanje energije u Vojvodini (Martinov et al., 2011, Brkić i Janić, 2010) Biljna vrsta Površina, ha Ukupno mase, t Moguće ubrati, t Potencijalno za energ. svrhe, t Velike farme M/S farme Velike farme M/S farme Pšenica Raž 1,5 4, Ječam Kukuruz K 114 K 310 K 110 K O 10 O 360 O 10 O 330 Suncokret Soja Uljana repica 4,2 17, UKUPNO Total 5.885,1 597 ca ca. 575 ca K stabljika i list kukuruza kukuruzovina; 2 O oklasak kukuruza Ove grupe rade na razvoju standardnih kriterijuma za ocenu održivosti primene biomase za proizvodnju energije. Proizvodnja i korišćenje poljoprivredne, pa i druge biomase (npr. šumske, otpadaka iz prehrambene industrije, komunalnog organskog otpada i dr.) za proizvodnju energije ima različite posledice, s obzirom na njen uticaj na životnu sredinu, ekonomiju, razvoj ruralnog područja, uposlenost radne snage, razvoj industrije za preradu biomase, socijalne aspekte i drugo. KARAKTERISTIKE BIOMASE KAO BIOGORIVA Biomasa nije gorivo u egzaktnom smislu. Ona može da se koristi samo kao alternativno gorivo. Ona je kabasta, voluminozna, neujednačena po strukturi, povremeno vlažna, male gustine, niske toplotne vrednosti, skupa pri transportu na veće razdaljine, ima veći procenat pepela od drveta, dizel-goriva i prirodnog gasa, ima nisku tačku topljenja pepela što stvara probleme u sagorevanju, zahteva više vazduha (kiseonika) za sagorevanje od klasičnih goriva, brzo sagoreva itd. U tabeli 2 prikazan je elementarni hemijski 110

136 sastav biogoriva na osnovu kojeg može da se konstatuje prisustvo manje količine ugljenika u odnosu na konvencionalna goriva zbog prisustva kiseonika u organskoj materiji biogoriva. Zbog toga biogorivo ima manju toplotnu vrednost. U tabeli 3 uporedo su prikazane donje toplotne vrednosti klasičnih vrsta goriva i biogoriva pri apsolutno suvoj masi. Na primer, za supstituciju jednog kilograma ulja za loženje potrebno je utrošiti 3,3 kg biomase (slame) (Brkić et al., 2006). Biomasa se prilikom sagorevanja na određenim temperaturama pretvara u gasovito stanje (preko 80%), te zahteva specijalne vrste ložišta za potpuno sagorevanje (dovođenje primarnog i sekundarnog vazduha, pokretne rešetke, ciklonske ili druge vrste hvatača letećeg pepela, pouzdane merne i kontrolne instrumente i dr.), što poskupljuje ložišta, odnosno kotlove od 1,5 do 2 puta u odnosu na klasična, standarna ložišta za čvrsta goriva. Pozitivne strane biomase kao alternativnog goriva su: ima je u znatnim količinama, ne stvara u značajnom obimu štetne gasove za okolinu pri potpunom sagorevanju, sadržaj sumpora je u tragovima, pepeo nije štetan za okolinu, ukoliko nije pomešan sa letećim pepelom (u kom ima teških metala), relativno je jeftina, naročito ako se koristi u okolini mesta ubiranja, nema zavisnosti od uvoza goriva, svake godine je imamo u približno istim količinama (obnovljiva je) i dr. Tab. 2. Elementarni hemijski sastav biomase (Brkić et al., 2006) Hemijski element Slama (%) Oklasak (%) Ljuske (%) suncokreta Drvo (%) Kora od drveta (%) Ugljenik (C) 44,84 48,31 50,57 50,30 50,60 Vodonik (H) 5,68 5,74 5,68 6,20 5,90 Kiseonik + azot (O + N) 41,48 43,13 + 0,66 40,91 + 0,57 43,10 40,70 Pepeo (A) 8,00 2,16 2,27 0,40 2,80 *Napomena: sadržaj sumpora u tragovima Tab. 3. Toplotne vrednosti klasičnih vrsta goriva i biogoriva (Brkić et al., 2006) Vrsta goriva Gornja toplotna vrednost (kj/kg) Slama Drvo Drveni ugalj Lignit Mrki ugalj Kameni ugalj Koks Ulje za loženje lako teško (mazut) Benzin Zemni gas domaći Zemni gas ruski kj/m kj/m 3 111

137 Žetveni ostaci njivskih biljaka imaju relativno veliku toplotnu moć zbog čega je razumljiva težnja da se oni koriste za dobijanje energije (Martinov et al., 2005). Donja toplotna moć slame žitarica kreće se od 13,0 do 14,2, kukuruzovine od 10,5 do 12,5, kočanke kukuruza od 12,5 do 14,6, stabljike suncokreta od 8,0 do 10,0, otpada od rezidbe vinove loze i voćnih stabala od 21,0 do 23,0, a otpada od drvne industrije od 13,0 do 16,0 kj/t u vazdušno suvoj masi (Láng et al., 1985). KONKURENCIJA U PROIZVODNJI HRANE Svetska javnost povremeno ukazuje da bi ekstremno povećanje korišćenja poljoprivrednog zemljišta za prozvodnju biomase od koje bi se proizvodila energija, mogla da ugrozi proizvodnju dovoljne količine hrane (food security). I ovaj problem nije do kraja obrađen, a javljaju se i suprotni stavovi. Organska proizvodnja, koja dobija na značaju, rezultira nižim prinosima, pa i smanjenom proizvodnjom hrane. Suprotnost je proizvodnja GMO (Genetically Modified Organisms), koja u mnogim zemljama nije dozvoljena, a u nekim zemljama u razvoju sasvim zastupljena, doprinoseći osiguranju dobre žetve. Namenska proizvodnja GMO, za energetske svrhe, bila bi prihvatljiva i u zemljama koje je ne prihvataju ukoliko se proizvodi hrana, ali nije lako da se te dve proizvodnje odvoje bez međusobnog preplitanja. U cilju rešavanja problema povećanja poljoprivredne proizvodnje razmatra se mogućnost ostvarenja dve žetve, uvođenje plodoreda prilagođenih različitim agroekološkim uslovima i dr. (Strauß et al, 2010). Pokazalo se da je problem vrlo složen, ali i da je istraživačko-razvojnim radom moguće da se dođe do postizanja postavljenih ciljeva. Široko je zauzet stav da proizvodnja hrane mora da zadrži prioritet, a korišćenje biomase za energetske svrhe da bude na drugom mestu. Koliko je to u procentima, kada može da se sprovode i kako ostvariti održivu proizvodnju hrane pitanja su koja traže odgovore i to u skoroj budućnosti. Naime, ako se ima u vidu da na našoj planeti skoro jedna petina stanovništva gladuje neoprostivo je poljoprivredne površine neograničeno koristiti za proizvodnju energije. Potrebno je, međutim, istaći da glavni uzrok nedostatka hrane nije nedovljno proizvedena količina, već njena neravnomerna raspodela na našoj planeti. Pored toga, značajna količina hrane se gubi usled neodgovarajućeg transporta, skladištenja i dr. Proizvedena poljoprivredna dobra nepodesna za ishranu trebalo bi koristiti za proizvodnju energije. UTICAJ NA ŽIVOTNU SREDINU Korišćenje biomase za proizvodnju energije doprinosi smanjenju emisije GHG (Greenhouse Gases), time globalnog zagrevanja planete, dakle, očuvanju životne sredine. Potrebno je istaći i da se pri sagorevanju biomase zagađuje životna sredina emisijom nepoželjnih gasova i čvrstih čestica u neznatnoj meri. Količine CO, NOx i drugih štetnih gasova moraju da budu ograničene, kao što se to, na primer, primenjuje u Nemačkoj (Kaltschmitt et al., 2009). Poznato je i to da je leteći pepeo nosilac teških metala (Obernberger i Brunner, 2005), te je emisija čvrstih čestica za sva postrojenja ograničena. Na 112

138 termička postrojenja se ugrađuju specijalni uređaji za hvatanje letećeg pepela, što poskupljuje ova postrojenja. Propisi se stalno pooštravaju. Tipičan je primer Nemačke u kojoj nije bila potrebna sertifikacija peći i kotlova nazivne snage do 15 kw. Konstatovano je da je broj takvih postrojenja preko 14 miliona, te je u pripremi izmena propisa koja će zahtevati sertifikaciju postrojenja snage iznad 5 kw (Martinov et al., 2011). Čine se posebni napori da se ovaj problem reši, uz primenu po ceni prihvatljivih uređaja. Tako su Hartmann et al. (2010) testirali deset malih ESP (electrostatic precipitators), elektrostatičkih prečistača i postigli redukciju emisije letećeg pepela za 12 do 80%. Ako se pri proizvodnji energije iz biomase vodi računa o očuvanju životne sredine moguće je da poljoporivreda bude ne samo proizvođač hrane već i goriva, ali je potrebno da se sprovede na način koji omogućava održivi razvoj, koji će omogućiti, pre svega, očuvanje plodnosti zemljišta. Imajući u vidu da se korišćenje biomase u cilju proizvodnje energije u nas nalazi u začetku i da postoji intresovanje za ovaj vid snabdevanja energijom iz više razloga, smatramo da je opravdano ukazati na neke agroekološke probleme do kojih može doći, pre svega, pri korišćenju žetvenih ostataka u cilju proizvodnje energije njihovim sagorevanjem, i s tim u vezi napomenuti ekološke prednosti nekih drugih postupaka. EKOLOŠKE POSLEDICE SAGOREVANJA ŽETVENIH OSTATAKA Zemljište predstavlja, neobnovljivi resurs, u toku ljudskog veka, koji mora da se očuva. To se posebno odnosi na odnošenje biljnih ostataka ratarske proizvodnje sa njiva. Odumrli biljni organi i organizmi predstavljaju značajnu biomasu i imaju važnu ulogu u kruženju materija prirodnog ekosistema i agroekosistema. Uplitanje čoveka u kruženje materija agroekosistema odnošenjem žetvenih ostataka u značajnoj meri remeti prirodni tok materija, što se nepovoljno odražava na plodnost zemljišta (Sl. 1), Kastori et al., (2014). Čovek narušava kruženje materije u agroekosistemu ne samo odnošenjem stvorene biomase sa njiva, već i drugim nepromišljenim poduhvatima kao što je spaljivanje žetvenih ostataka na njivi (slame, kukuruzovine), ili gajenjem biljaka koje se odlikuju malom masom žetvenih ostataka. Nastali manjak u kruženju materija u agroekosistemu čovek donekle može da ublaži primenom organskih đubriva stajnjaka, komposta, zelenišnog đubriva i dr. Smatra se da je u ekološki dalekovidoj, održivoj poljoprivredi potrebno približno polovinu stvorene biomase vratiti zemljištu ili nadoknaditi u odgovarajućoj količini putem žetvenih ostataka ili organskim đubrivima. Biomasa predstavlja veoma vredan nusproizvod, u njoj je skoncentrisana velika masa organskih i mineralnih materija, kao i značajna količina energije. U proseku suva materija biljaka sadrži oko 45% ugljenika, slama žitarica 45%, a oklasak kukuruzovine 57%. Žetveni ostaci, zahvaljujući visokom sadržaju ugljenika i uopšte organske materije, imaju važnu ulogu u očuvanju organske materije, količine humusa i uopšte kvaliteta zemljišta. Organska materija zemljišta, humus, ima višestruki značaj i u velikoj meri određuje plodnost zemljišta. Intenzitet akumulacija humusa je dugotrajan i spor proces, zavisi od konstelacije činilaca pedogeneze, gde je količina biljnih ostataka značajna komponenta. Važnost organske materije iz nusproizvoda biljaka ne ograničava se samo 113

139 Sl. 1. Kruženje materije u prirodnom ekosistemu (levo) i agroekosistemu (desno) u obezbeđivanje kruženja ugljenika u prirodi. Žetveni ostaci su važni i u kruženju drugih biogenih i nebiogenih elemenata, među kojima posebno treba istaći azot. Najznačajniji izvor azota za biljke u zemljištu je humus. Ako je sadržaj humusa u oraničnom sloju zemljišta 3% i polazimo od pretpostavke da sadrži oko 1,5% azota, tada je količina azota koja se nalazi u humusu kg/ha. Od toga se godišnje oslobađa, postaje pristupačno za biljke, oko 5%, što znači da biljke raspolažu sa 225 kg azota po hektaru. Ako pretpostavimo da je sadržaj humusa u zemljištu samo 1% i da biljke iz tog izvora koriste 100 kg azota godišnje, bez nadoknađivanja azota za 8 do 10 godina, zalihe azota će biti iscrpljene. Ako je sadržaj azota 3% rezerve azota biće utrošene za 20 do 30 godina. Sa povećanjem proizvodnje biomasa povećava se i potreba za azotom. Iz navedenog proizilazi da u recikliranju organske materije nusproizvodi biljaka imaju značajnu ulogu ne samo zbog njihove velike mase već i zbog sadržaja azota. Powlson (2006) navodi da je vrednost organske materije zemljišta u granicama od 8 do 80 evra/ha godišnje. Pored navedenog, humus ima značajnu ulogu u genezi i evoluciji zemljišta, uticaju na fizičke i hemijske osobine, aeraciju, biogenost i dr. Utvrđeno je da je poslednjih decenija došlo do smanjenja udela humusa u zemljištu Vojvodine za od 0,20 do 0,81%, u proseku za 0,38% (Bogdanović et al., 1993), što se naravno ne može pripisati samo nedomaćinskim odnosom prema nusproizvodima gajenih biljaka, njihovom spaljivanju, ali neosporno da je to, pored nedovoljne primene organskih đubriva, doprinelo, sa stanovišta plodnosti zemljišta, ovoj krajnje nepovoljnoj pojavi. Prema Vučiću (1992) ako se izvrši aproksimativan obračun gubitka humusa u procesu mineralizacije, koji iznosi 1% od ukupne količine u toku jedne godine i stvaranja humusa zaoravanjem žetvenih ostataka, onda je očigledno da je humusni bilans zemljišta Vojvodine negativan. Naime, prema pomenutom autoru gubici humusa iznose, zavisno od tipa zemljišta, 960 do 1350 kg/ha godišnje, a zaoravanjem slame, kukuruzovine ili lišća šećerne repe obnavlja se samo 400, 750 ili do 900 kg/ha, u zavisnosti od količine zaorane suve materije. Prema globalnoj proceni, na osnovu analize preko uzoraka, u vojvođanskim zemljištima postoji negativan bilans organske materije i može se očekivati dalje pogor- 114

140 šanje fizičkih i hemijskih osobina i time i plodnosti zemljišta (Sekulić et al., 2010). Pomenuti autori predlažu da se žetveni ostaci za dobijanje energije koriste sa površina gde je zemljište u najvećem stepenu dobro obezbeđeno organskom materijom, tj. tamo gde je sadržaj humusa od 3 do 5%. Identifikacijom ovih područja, prema pomenutim autorima, moguće je odabrati najpovoljnije lokacije za izgradnju postrojenja za dobijanje toplotne energije iz žetvenih ostataka uz minimalne troškove prevoza sirovina sa parcela. Međutim, dugoročno ekološki posmatrano ovo nije povoljno rešenje, pošto će i takva zemljišta vremenom osiromašiti u organskoj materiji na ovaj način. Allison et al. (1997) navode da se u Engleskoj u 90% slučajeva šećerna repa gaji posle žitarica, pri čemu se na 20% površine slama inkorporira u zemljište, a na 80% površina se balira i odnese. Stavovi u pogledu odnošenja biljnih ostataka ratarske proizvodnje sa zemljišta su različiti, od toga da ništa ne bi smelo da se iznese, jer bi prouzrokovalo nepopravljivu štetu ako se ne đubri redovno organskim đubrivima (Kastori i Tešić, 2002), do stava da može da se koristi 25 do 50% raspoložive biomase (Powlson, 2006, Rosentrater et al., 2009). Ukoliko se biomasa organizovano koristi za proizvodnju toplotne energije, Brkić i Janjić (2009) preporučuju da se u cilju održavanja plodnosti zemljišta ne bi trebalo više od 1/3 količine biomase iznositi sa njiva godišnje. Sagorevanjem biomase gubi se celokupna količina ugljenika, ali ona ne povećava koncentraciju ugljen-dioksida u atmosferi, već se samo vraća ugljen-dioksid koji su biljke usvojile iz atmosfere i ugradile ga u organska jedinjenja u procesu fotosinteze. To znači da sagorevanje biomase ne doprinosi globalnom zagrevanju naše planete. Ugljen-dioksid koji nastaje sagorevanjem fosilnih goriva opterećuje biosferu i narušava njegovu ravnotežu. Žetveni ostaci pored ugljenika, odlikuju se i relativno visokim sadržajem drugih biogenih elemenata (Tab. 4, 5, 6 i 7). Od ukupno usvojene količine hraniva od strane biljaka u toku vegetacije u žetvenim ostacima nalazi se jedna trećina azota, oko jedna petina fosfora, dve trećine kalijuma i oko polovine magnezijuma, zavisno od biljne vrste, žetvenog indeksa i dr. (Tab. 4). U vegetativnim delovima kukuruza koji se često koriste kao biogorivo oko 50% azota, 30% fosfora i 80% kalijuma nalazi se u stablu i kočankama (Tab. 4). Tab. 4. Raspodela azota, fosfora i kalijuma u pojedinim organima kukuruza, izražena u % od ukupnog sadržaja u biljci (prosek za tri godine) (Kastori, 1964) Organ Elemenat N P K Zrno 53,35 67,41 20,71 Stablo 44,40 29,63 70,75 Kočanka 2,25 2,95 8,54 Pri sagorevanju biomase gubi se celokupna količina azota koja se u njoj nalazi. Dolazi do emisije oksida azota. Imajući u vidu relativno visok sadržaj azota u biomasi njenim sagorevanjem gubi se značajna količina ovog, za biljke veoma važnog, biogenog elementa, što ima direktne negativne ekološke, ali i ekonomske posledice. 115

141 Tab. 5. Orijentacione vrednosti sadržaja i količine hraniva u žetvenim ostacima i njena masa u strnim žitima (sastavljeno na osnovu podataka iz literature) Elemenat Ozima pšenica Jara pšenica Ozimi ječam % u suvoj materiji Jari ječam Ovas Raž Tritikale N 0,44 0,47 0,47 0,49 0,50 0,56 0,88 P 0,10 0,08 0,12 0,13 0,15 0,11 0,07 K 0,90 0,90 1,70 1,60 1,80 1,00 1,40 Ca 0,22 0,20 0,29 0,25 0,30 0,23 0,38 Mg 0,15 0,13 0,20 0,21 0,17 0,15 0,11 Na 0,02 0,02 0,13 0,07 0,15 0,02 - Suva masa žetvenih ostataka t/ha 6,0 5,0 5,0 4,0 5,5 6,0 5,5 Količina hraniva kg/ha N 26,4 23,5 23,5 19,6 27,5 33,6 48,4 P 6,0 4,0 6,0 5,2 8,2 6,6 3,8 K 54,0 45,0 85,0 64,0 99,0 60,0 77,0 Ca 13,2 10,0 14,5 10,0 16,5 13,8 20,9 Mg 9,0 6,5 10,0 8,4 9,3 9,0 6,0 Na 1,2 1,0 6,5 2,8 8,2 1,2 - Tab. 6. Orijentacione vrednosti sadržaja i količine hraniva u žetvenim ostacima i njena masa kod nekih okopavina i drugih biljnih vrsta (sastavljeno na osnovu sopstvenih i podataka iz literature) Elemenat Kukuruz Šećerna repa Suncokret Grašak Krompir Mrkva % u suvoj materiji Uljana repica N 0,80 1,79 1,07 1,28 4,37 2,30 0,70 P 0,30 0,32 0,18 0,25 0,34 0,40 0,20 K 0,70 4,05 1,82 1,27 2,23 2,40 1,70 Ca 0,40 1,30 1,40 1,50 2,95 3,40 1,40 Mg 0,25 0,60 0,87 0,21 0,63 0,50 0,21 Na 0,15 1,65-0,55-0,15 0,12 Masa suve materije žetvenih ostataka t/ha 9,0 6 4,8 4,5-2,5 5,0 Količine hraniva kg/ha N 72,0 107,40 51,84 57,60-57,5 35,0 P 27,0 19,20 8,64 11,25-10,0 10,0 K 63,0 243,07 87,36 57,15-60,0 85,0 Ca 36,0 78,17 67,20 67,50-85,0 70,0 Mg 22,5 36,00 41,76 9,45-12,5 10,0 Na 13,5 99,05-24,75-3,7 6,0 116

142 Tab. 7. Orijentacione vrednosti relativnog učešća (%) količine hraniva u žetvenim ostacima od ukupne prinosom iznete količine iz zemljišta kod nekih gajenih vrsta (sastavljeno na osnovu sopstvenih i podataka iz literature) Biljna vrsta Hraniva Hraniva Biljna vrsta N P K Mg N P K Mg Pšenica 25,27 21,43 60,86 55,55 Mak 70,69 45,45 90,82 68,47 Tritikale 34,72 19,50 76,86 56,36 Mrkva 51,85 35,71 32,95 42,85 Ozimi ječam 25,49 20,00 54,54 55,55 Cvekla 26,97 35,00 24,11 59,45 Suncokret 45,69 31,61 84,40 86,87 Kukuruz 37,58 34,00 75,00 81,18 Soja 12,04 19,36 35,76 57,85 Sadržaj fosfora u biomasi je znatno niži od sadržaja azota i kalijuma. Pored toga, biomasa je značajna i sa stanovišta kruženja fosfora u agroekosistemu, pošto se njenim zaoravanjem vraća deo fosfora iznetog prinosom. Fosfor ugrađen u organska jedinjenja živih organizama predstavlja važnu rezervu fosfora za biljke, utoliko pre što je dinamika razlaganja, npr. pšenične slame i zelenih delova biljaka u zemljištu slična organskim đubrivima (Tab. 8). Pri sagorevanju biomase fosfor ostaje u pepelu. U kojoj meri je on pristupačan iz pepela za biljke nije dovoljno poznato. Kalijum se u biljkama intenzivnije nakuplja u vegetativnim delovima nego u generativnim organima, pa zato žetvene ostatke odlikuje visok sadržaj kalijuma. Naročito je visok sadržaj kalijuma u žetvenim ostacima suncokreta, kukuruza i šećerne repe. Zaoravanjem žetvenih ostataka značajna količina kalijuma izneta iz zemljišta prinosom biljaka vraća se u zemljište. U toku sagorevanja biomase dolazi do emisije jednog dela kalijuma i natrijuma, hlora i sumpora kao sastojaka letećeg pepela ili soli (KCl, NaCl, K 2 SO 4 ). Soli nastaju u reakciji između kalijuma ili natrijuma sa hlorom ili sumporom (Loo i Koppejan, 2002). Materijal Tab. 8. Dinamika razlaganja različitog organskog materijala u zemljištu (preuzeto iz Ábrahám, 1980) % razložene materije tokom godina Pšenična slama Čvrsti izmet konja Čvrsti izmet krave Goveđi stajnjak Rothenturmni treset Holandski treset Piljevina Sitne grančice četinara Lišće listopadnog drveća

143 Biljke usvajaju sumpor iz zemljišta i atmosfere zbog čega imaju važnu ulogu u njegovom kruženju u biosferi. Sadržaj sumpora u biljkama je relativno mali, osim kod biljaka iz familije Brassicaceae, Liliaceae i Leguminosae. Sa stanovišta kruženja sumpora u biosferi, sagorevanje biomase nema veći ekološki značaj iz više razloga: zbog malog sadržaja sumpora u biljkama, naročito kod žitarica, zbog taloženja sumpora iz atmosafere (oko 20 kg S/ha/godišnje i više), kao i zato što brojna mineralna đubriva kao prateći element sadrže sumpor. Pri sagorevanju biomase sumpor se oksidiše, nastaje SO 2 (oko 95%), a pri nižim temperaturama sagorevanja i SO 3 (oko 5%). Značajna količina zaostaje u pepelu, a manji deo se odaje u vidu soli (K 2 SO 4 ) ili H 2 S pri sagorevanju na nižim temperaturama. Velika vrednost biomase kao alternativnog izvora energije u poređenju sa fosilnim gorivima ogleda se i u znatno manjem sadržaju sumpora. Pri sagorevanju fosilnih goriva koja mogu da sadrže i do 3% sumpora oslobađa se velika količina oksida sumpora koji zagađuju atmosferu dovodeći do pojave kiselih kiša, čija ph vrednost neretko nije mnogo veća od 3, što se nepovoljno odražava na građevine, zemljište i vegetaciju. Deo hlora koji je takođe biogeni elemenat za više biljke pri sagorevanju biomase oslobađa se u vidu HCl, a veći deo zaostaje u pepelu u vidu soli (KCl, NaCl). U tragovima se emituje i u vidu dioksina i organskih jedinjenja hlora. U biomasi nalaze se i neophodni mikroelementi za biljke kao i mikroelementi sa pretežno toksičnim dejstvom (Cr, Hg, Pb i dr.). Oni pri sagorevanju zaostaju u pepelu ili isparavaju. Postoje i mišljenja da su mineralne materije u biljnim ostacima teško i sporo dostupne, a velika količina biomase u zemljištu može da utiče i negativno na plodnost, stvarajući mogućnost za razvoj biljnih bolesti i ometajući kontakt semena sa zemljištem, odnosno vodom i hranljivim materijama. Pomenute pretpostavke negiraju rezultati poljskih i drugih ogleda u kojima je utvrđeno povoljno dejstvo zaoravanja žetvenih ostataka na prinos gajenih biljaka. Pepeo nezagađene biomase može da se koristi kao đubrivo. Dozvoljena doza pepela zavisi, pored ostalog, od prisustva teških metala u pepelu. Preporučljivo je pre đubrenja pepelom ispitati njegov hemijski sastav, i tek nakon toga utvrditi količinu koja može da se primeni. Prednost korišćenja biomase kao alternativnog đubriva ogleda se, ne bez razloga, i u znatno manjem sadržaju pepela. Sadržaj pepela njivskih biljaka zavisno od vrste, organa, starosti i dr. kreće se u većini slučajeva od 0,50 do 4,0%. Sadržaj pepela uglja je znatno veći i njegovo odlaganje i revitalizacija pepelišta predstavlja veliki ekološki problem i neretko zahteva značajna finansijska sredstva. U Austriji se preporučuje upotreba pepela kore drveta i pilotine kao đubriva na poljoprivrednim površinama u količini do kg/ha, na livadama i pašnjacima do 700 kg/ha, a u šumama do kg/ha jednom u 50 godina. ŽETVENI OSTACI I PLODNOST ZEMLJIŠTA U literaturi ima puno primera gde je zaoravanje žetvenih ostataka ispoljilo povoljno dejstvo na plodnost zemljišta (Kastori i Tešić 2005, 2006, Kastori et al., 2012). Zavisno od nivoa prinosa, žetvenog indeksa i uobičajenih doza pri đubrenju, količina hranljivih materija u žetvenim ostacima u odnosu na njihovu količinu koja se primenjuje pri đu- 118

144 brenju u nas iznosi kod pšenice i kukuruza oko 30 do 40%, kod suncokreta preko 70%, a kod šećerne repe čak do 120%. Iz navedenog proizilazi da je pri izradi plana đubrenja i pri proučavanju ekonomičnosti upotrebe žetvenih ostataka za proizvodnju energije potrebno voditi računa i o ovoj činjenici. Láng et al. (1985) navode da se u Mađarskoj od ukupne količine žetvenih ostataka samo jedna trećina zaorava, kao i da se iz žetvenih ostataka iskorišćava 20% azota, a 80% fosfora i kalijuma. Na osnovu navedenog pomenuti autori navode da sa nusproizvodima godišnje u zemljište dospe t azota pristupačnog za biljke, t P 2 O 5 i t K 2 O. Kádár (1999) navodi da se u Mađarskoj od prinosom ukupno iznete količine harniva žetvenim ostacima nadoknađuje oko 10% azota i fosfora i 29% kalijuma. Zaoravanjem žetvenih ostataka rešava se delimično problem nadoknađivanja organske materije u zemljištu, s jedne strane, a i troškovi njihovog transporta, i s tim u vezi dodatnog gaženja, sabijanja zemljišta, s druge strane. Prema istraživanjima Shaw i Robinson (1970) tri godine posle zaoravanja sojinog sena u zemljištu se zadržalo: 20% ugljenika, oko 70% mineralnih materija, a kapacitet katjonske razmene zemljišta povećan je za 10%. Povećanje sadržaja humusa i azota na černozemu lesne terase pri zaoravanju žetvenih ostataka pšenice i kukuruza utvrdio je Stevanović (1978), (Tab. 9). Na kiselom peskovitom zemljištu Rebafka et al. (1993) su pri zaoravanju žetvenih ostataka prosa utvrdili povećanje fiksacije azota i prinosa kod kikirikija. U istim zemljišnim uslovima primena žetvenih ostataka smanjila je toksičnost aluminijuma i povećala pristupačnost fosfora za biljke (Kretzschmar et al., 1991). Prema Dimuirov et al. (2011) zaoravanje žetvenih ostataka povoljno je uticalo na vodni režim zemljišta i smanjilo vodenu eroziju. Milošević (1985) navodi povoljno dejstvo zaoravanja žetvenih ostataka na biogenost zemljišta, a Marinković et al. (1993) da smanjuje ispiranje nitrata u dublje slojeve zemljišta. Latković et al. (2009) navode povećanje prinosa kukuruza pri zaoravanju žetvenih ostataka, a Jaćimović et al. (2009) i pšenice. Kastori et al. (1985) su utvrdili povoljno dejstvo zaoravanja žetvenih ostataka na sadržaj proteina i nekih aminokliselina u zrnu kukuruza i pšenice. Allison et al. (1997) su utvrdili da se pri zaoravanju slame pšenice nakupljanje kalijuma kod šećerne repe povećalo za 40 kg/ha u odnosu na kontrolu, dok na usvajanje fosfora, kalcijuma i magnezijuma nije ustanovljen veći uticaj. Na osnovu navedenog pomenuti autori predlažu da se u slučaju zaoravanja slame doza kalijumovih đubriva može smanjiti za 20 kg/ha. Isto mišljenje ima Withers (1991). Tab. 9. Uticaj đubrenja i primene žetvenih ostataka na sadržaj humusa i ukupnog azota u zemljištu (Stevanović, 1978) Varijante đubrenja Količina humusa % Količina azota u zemljištu mg/kg Kontrola 2, N 100, P 2 O 5 90 K 2 O 60 2, N 100, P 2 O 5 90 K 2 O 60 + žetveni ostaci 3, N 70, P 2 O 5 60 K 2 O 40 + stajnjak 3,

145 Na osnovu brojnih rezultata istraživanja, ekološke prednosti i nedostaci sagorevanja žetvenih ostataka u cilju proizvodnje energije i značaj njihovog zaoravanje sa stanovišta plodnosti zemljišta može se sažeti na sledeći način: Prednosti Prednosti i nedostaci sagorevanja žetvenih ostataka za proizvodnju energije Nedostaci - Velika masa - Prekida kruženje hranljivih materija u agroekosistemu - Obnovljiv izvor energije - Sabijanje zemljišta - Ne utiče na koncentraciju atmosferskog CO 2 - Troškovi baliranja - Minimalna emisija SO x i NO x - Troškovi prevoza - Sagorevanje stvara malo pepela - Gubitak hranljivih materija (C, N, S, itd.) - Ne konkuriše proizvodnji hrane Prednosti Prednosti i nedostaci zaoravanja žetvenih ostataka Nedostaci - Pozitivni efekat na prinos i kvalitet proizvoda - Zaoravanje žetvenih ostataka otežava oranje - Povećava količinu organske i neorganske materije u zemljištu - Povećava aktivnost zemljišne mikroflore - Smanjuje ispiranje nitrata u dublje slojeve zemljišta - Povećava dostupnost P i Mo, i smanjuje pristupačnost Al i Mn u kiselim zemljištima - Smanjuje eroziju zemljišta - Nepovoljan C: N odnos (pšenična slama i kukuruzna stabljika) Korišćenje žetvenih ostataka u cilju proizvodnje energije sa ekološkog stanovišta je prihvatljivo pod uslovom da se redovno đubri organskim đubrivima. Usled nedovoljno razvijenog stočarstva kod nas za to ne postoje realni uslovi. Uvođenjem mehanizacije, smanjio se broj radne stoke, istovremeno je i broj uslovnih grla po jedinici obradive površine smanjen, došlo je do promene i u načinu držanja i uzgoja grla što je sve skupa dovelo do smanjenja količine i time primene organskih đubriva, pre svega stajnjaka. Rezultati istraživanja pokazuju da zastupljenost stoke od 25 uslovnih grla/100 ha ( ) omogućava potencijalno zadovoljavanje potrebe u stajnjaku sa oko 20%, ali stvarno upotrebljene količine stajnjaka obezbeđuju zadovoljavanje svega 10% potreba (Bošnjak et al., 2007). Nastojanja da se zaoravanjem žetvenih ostataka koliko-toliko smanji osiromašenje zemljišta u humusu nisu dovoljna. Zaoravanje žetvenih ostataka nema takav efekat u obnavljanju humusa u zemljištu kao organsko đubrivo. Zbog hemijskog sastava žetveni ostaci poseduju nizak tzv. izo-humusni koeficijenat, samo 0,1, u poređenju sa stajnjakom čiji je koeficijent 0,5 (Henin et al., 1969). Na osnovu navedenog može se zaključiti da u cilju očuvanja plodnosti zemljišta nije dovoljno samo racionalno postupati sa žetvenim ostacima, već je neizbežno unaprediti stočarstvo i time primenu organskih đubriva. Od ukupne poljoprivredne proizvodnje u Srbiji stočarstvo obezbeđuje oko 35%, a biljna proizvodnja 65% sredstava, a u svetu sa razvijenom poljoprivredom je obrnuto. 120

146 Danas je još uvek neretko primenjivana praksa spaljivanja biljnih ostataka na njivi, uprkos zvaničnoj zabrani (Službeni glasnik Republike Srbije 62/06, 65/08, 41/08). Spaljivanje žetvenih ostataka na njivi i pored nekih fitosanitarnih pogodnosti i lakšeg obavljanja osnovne obrade zemljišta, predstavlja najveću štetu za očuvanje plodnosti zemljišta. Pored toga, pri spaljivanju žetvenih ostataka na njivi zagađuje se vazduh i neretko ugrožava bezbednost ljudi i brojnih korisnih organizama. INOVIRANE TEHNOLOGIJE POLJOPRIVREDNE PROIZVODNJE I DRUGE PRIMENE BIOMASE Konzervaciona obrada zemljišta Trend primene obrade zemljišta bez prevrtanja, a posebno konzervacione obrade, prisutan je već nekoliko decenija. Broj poljoprivrednika koji primenjuju konzervacionu obradu raste. Ipak, i danas definicija ove obrade nije potpuno jasna, pošto postoje različiti sistemi od kojih su najpoznatiji: mulch till, ridge till, strip till, no till, zero tillage, till plant i dr. Konzervaciona obrada je ona kod koje je bar jedna trećina parcele prekrivena biljnim ostacima pri osnovnoj obradi zemljišta (ovaj postupak ubraja se u takozvani Engineering Practice, inženjersku praksu). Konzervaciona obrada ubraja se u sisteme minimalne obrade zemljišta, bez prevrtanja zemljišta, pri čemu biljni ostaci ostaju na površini, a delimično se u njega unose. Osim agroekoloških, ovakvom obradom ostvaruju se i druge pogodnosti, poput smanjivanja troškova proizvodnje. Ovaj sistem obrade naročito je efikasan u zaštiti zemljišta od erozije i pre svega se koristi pri gajenju strnina. Navodi se da pri kozervacionoj obradi na parceli ostaje najmanje kg biljnih ostataka po hektaru. Nije jasno da li se u to ubraja i strnjika, kao i da li se taj podatak odnosi na suvu materiju, ili na materiju sa određenim sadržajem vlage (najčešće oko 15%). Činjenica je da gotovo u svim slučajevima u obliku strnjike i gubitaka pri baliranju, ostaje na parceli više od 30% nadzemne biomase. Dakle, čak i ukoliko se biljni ostaci pokupe, bili bi zadovoljeni postavljeni uslovi. Zbog brojnih razloga, i u budućnosti se očekuje povećanje površina na kojima se primenjuje konzervaciona obrada, dakle, biljni ostaci se ne bi mogli sasvim sakupiti i odneti sa parcele. Nekada se slama u stočarskoj proizvodnji značajno koristila kao prostirka. To je danas smanjeno, zbog promene u načinu čuvanja domaćih životinja, a čak ukoliko se primenjuje ta biomasa bi, na većim imanjima, bila korišćena za proizvodnju biogasa, te bi potencijal biomase na taj način bio iskorišćen, pa čak i povećan. Tehnologije pri kojima se biljni ostaci koriste kao sirovina za industrijsku proizvodnju su malobrojne. Tipični primeri su proizvodnja kartona korišćenjem slame kao sirovine i konoplje, cele biljke ili samo vlakana, za proizvodnju papira. Ovakvo korišćenje biomase je malo, a ne očekuje se značajno povećanje u skoroj budućnosti. 121

147 Korišćenje biomase za dobijanje bio-gasa Korišćenje biomase za dobijanje energije putem bio-gas postrojenja u velikoj je ekspanziji, pored ostalog i zato što se za tu svrhu mogu koristiti brojni proizvodi i nusproizvodi poljoprivrede i prehrambene industrije kao što su: tečni i čvrsti stajnjak, silaža i zrno kukuruza i strnih žita, zelena biljna masa, otpad klanične industrije i dr. Zahvaljujući do sada stečenom pozitivnom iskustvu u vezi sa korišćenjem bio-gas postrojenja i velikoj količini biomase u Vojvodini pa i šire, realno je predvideti da će se ova tehnologija proizvodnje energije odomaćiti i na našem prostoru. U Srbiji danas postoje četiri bio-gas postrojenja, a u Nemačkoj između 7 i 8 hiljada. Nakon fermentacije, u bio-gas postrojenju ostaje prevreli supstrat čija je količina približno ravna količini koja je uneta u proces. Hemijski sastav ostatka posle fermentacije zavisi od korišćenog polaznog materijala. Rezultati ispitivanja hemijskog sastava ostatka posle fermentacije u četiri bio-gas postrojenja ukazuju da je ostatak posle fermentacije po hemijskom sastavu veoma sličan stajnjaku, kao i da ga odlikuju osobine koje ga čine podesnim organskim đubrivom ne samo u uobičajenoj, nego i organskoj biljnoj proizovdnji (Tab. 10). Iz navedenih razloga korišćenje biomase u cilju proizvodnje energije sa ekološkog stanovišta je mnogo povoljnije putem bio-gasa nego putem sagorevanja biomase, pošto se pri tome sačuva značajan deo organske i mineralne materije biomase. Tabela 10. Neka hemijska svojstva i sadržaj biogenih makroelemenata u ostatku posle fermentacije u bio-gas postrojenju u poređenju sa stajnjakom (Tešić et al., 2012) Supstrat Suva materija (%) Mineralne materije (%) U suvoj materiji (%) N P K Ca Mg Ostatak posle fermentacije 1 6,05 23,77 3,18 0,57 6,23 2,12 0,28 Goveđi stajnjak 2 23,70 10,57 1,76 0,39 1,85 1,41 0,26 Svinjski stajnjak ,00 2,75 1,65 2,10 1,05 0,60 1 prosek za četiri postrojenja sa različitim polaznim materijalom; 2 svež stajnjak U regionima gde su farmeri u velikom broju svoju delatnost usmerili ka proizvodnji bio-gasa i prelasku na monokulturu (kukuruz) nastali su ekološki problemi. Došlo je do ugrožavanja pčelarstva i time oprašivanja biljaka i biodiverziteta uopšte. Ugljenisanje biomase U novije vreme predlaže se ugljenisanje biomase i utečnjavanje biomase na visokim temperaturama bez prisustva vazduha. Kao proizvod dobija se bio-ugalj i bio-ulje. Biougalj (biočar, agričar) je čvrst materijal koji nastaje u procesu karbonizacije biomase na višim temperaturama (od 400 do 700oC) i pri niskoj koncentraciji kiseonika. Takođe, u ovom procesu nastaju pare i gasovi iz kojih se kondenzacijom (hlađenjem) proizvodi bio-ulje (firma BTG, Holandija). Za ovu svrhu mogu se koristiti, pored poljoprivrednih nusporizvoda, i drugi nusproizvodi koji sadrže ugljenik, npr. iz šećerana, fabrika papira i dr. U toku ugljenisanja (razlaganja organske materije) nastaju sagorljivi gasovi, 122

148 koji se mogu koristiti za proizvodnju toplotne i električne energije. Bio-ugalj se, u zavisnosti od sastava polaznog materijala, sastoji od 50 do 90% vezanog ugljenika, od 0 do 40% isparljivih materija, od 1 do 15% vlage, od 0,5 do 5% pepela (mineralnih materija); ph vrednost se kreće od 6,2 do 9,6, a C:N od 7 do 400 (Verheijen et al., 2009). Predlaže se da se preostala ugljenisana masa (bio-ugalj), zahvaljujući njenom povoljnom dejstvu na osobine zemljišta zaore. Ugljenisana masa se u zemljištu ne razlaže ili samo izuzetno sporo, usled čega ne dolazi do oslobađanja ugljen-dioksida. Naime, potrebno je imati u vidu da su u atmosferi Zemlje najznačajnija dva izvora ugljen-dioksida: disanje biljaka (oko 56%) i oslobađanje iz zemljišta (oko 38%). Zaoravanjem biouglja se smanjuje odavanje ugljen-dioksida iz zemljišta i time doprinosi smanjenju promene klime, globalnog otopljavanja, efekta staklene bašte dr. U Australiji u ogledima na zemljištu siromašnom u ugljeniku primenom 10 t/ha ugljenisane biomase značajno je povećan prinos pšenice i soje. Bio-ugalj ima izuzetno veliku stabilnost, pa zahvaljujući tome dugo traje njegov povoljan uticaj na zemljište. Upotrebom biouglja obnavlja se degradirano zemljište, vezuju hranljive materije i time smanjuje njihova migracija u dublje slojeve zemljišta, izvan zone korenovog sistema biljaka. Primeni biouglju se pripisuju i druga povoljna dejstva na osobine zemljišta i time na prinos i kvalitet gajenih vrsta: smanjuje se kiselost zemljišta i time toksičnost aluminijuma, povećava kapacitet izmene katjona, povećava se sadržaj Mg, Ca, K, i P, ukupna mikrobna biomasa, agregacija zemljišnih čestica zahvaljujući hifama gljiva, disanje mikroorganizama i arbuskularna mikoriza u zemljištu i doprinosi očuvanju zemljišne vlage. Pod uticajem biouglja smanjuje se emisija metana, oksida azota (50%), potreba za đubrenjem (10%), dugoročno se konzervira ugljenik u stabilnom stanju i stimuliše simbiotska fiksacija azota kod leguminoznih biljaka (Lehmann i Joseph, 2009, Šeremešić et al., 2014). Kompanija Biochar Engineering proizvela je mobilni uređaj za ugljenisanje biomase koji uz dodavanja određenih modula može da proizvodi metanol i tečno bio-gorivo. Komunalni otpad sadrži oko 35 do 45% organske materije, a njegovim ugljenisanjem moguće je proizvesti bio-ugalj i energiju. Na taj način smanjuje se emisija ugljen-dioksida za 25%. Ovakvo rešenje ima određene prednosti u odnosu na kompostiranje gradskog otpada, pri čemu u atmosferu dospeva metan koji u većoj meri nego ugljen-dioksid može da doprinese stvaranju efekta staklene bašte. Uzgoj brzorastućeg energetskog bilja Strategijom poljoprivrede i ruralnog razvoja Republike Srbije za period godine (Službeni glasnik RS, br. 85/14 ) predviđa se podizanje svesti o značaju korišćenja obnovljivih izvora energije i proizvodnji energetskih useva. U okviru toga posebni značaj pripada proizvodnji brzorastućeg energetskog bilja (Rodzkin et al., 2012, Schweier i Becker, 2012, Weih, 2012). Proizvodnja i energetsko korišćenje brzorastućeg energetskog bilja SRC (Short Rotation Coppices) već dugo je predmet istraživačko-razvojnih napora, naročito u Evropi, SAD i Kanadi (vrba i topola). U Švedskoj se SRC gaje na oko ha. Pri tome se sveobuhvatno razmatraju svi aspekti proizvodnje i korišćenja. Razlikuju se tipično poljopri- 123

149 vredne vrste i brzorastuće šume (topola, vrba, bagrem i dr.). U Vojvodini treba dati prednost brzorastućim višegodišnjim biljkama, pre svega plantažno uzgajanim topolama i vrbama zato što za to mogu da se koriste i manje kvalitetna zemljišta, pašnjaci, zemljišta koja su povremeno poplavljena, koja u većini slučajeva nisu interesantna za proizvodnju hrane. Pored navedenog, gajenjem brzorastućeg energetskog bilja moguće je smanjiti eroziju, popraviti degradirana i zagađena zemljišta. Pri izboru biljne vrste treba da se vodi računa o agroekološkim uslovima nekog područja, ali i da se odaberu funkcionalno i ekonomski najpovoljniji postupci ubiranja i skladištenja. U odabiru energetskih vrsta i izboru tehnologija ubiranja neophodno je da sarađuju pre svega agronomi i šumari. Gajenje energetskog bilja, pored toga što ne bi smelo da ide na račun proizvodnje hrane, ne bi trebalo da narušava i ugrožava prirodne ekosisteme livada, pašnjaka, plavnih terena koji se odlikuju specifičnom florom i faunom i imaju važnu ulogu u očuvanju biodiverziteta i okoline uopšte. Pri gajenju vrbe, zavisno od primenjene tehnologije, godišnji prinos biomase se kreće oko t/ha. Sagorevanjem pomenute mase nastaje oko 250 kg pepela. Sa ekološkog stanovišta pepeo ne predstavlja problem pošto sadrži hranljive elemente i zahvaljujući tome može da se koristi kao đubrivo. Sadržaj teških metala u pepelu sa pretežno toksičnim dejstvom je niži od graničnih vrednosti koja su predviđena prema pravilniku EU (Tab. 11 ). Rodzkin et al. (2014) su utvrdili povoljno dejstvo primene pepela vrbe na prinos krompira. Tab.11. Sadržaj elemenata (µg/g ) u pepelu nastalom sagorevanjem biomase vrbe (Rodzkin et al., 2014) Element Drvo Kora List Zn 1598,7 1836,5 708,4 Cu 154,7 16,9 17,1 Cr 4,6 6,7 1,4 Ni 3,7 2,1 3,2 Pb 2,4 1 1,5 Cd 0,5 0,13 0,2 K Ca Novi postupci ubiranja, skladištenja i prerade biomase Ubiranje, skladištenje i prerada biomase za buduću energetsku primenu se mora dodatno istražiti. Najznačajnije bi bilo da se unapredi ubiranje i skladištenje kukuruzovine i biljnih ostataka iz proizvodnje semena suncokreta. Za kukuruzovinu je značajno da se iznađu mogućnosti ubiranja i bezbednog skladištenja viskovlažne biomase. U nekim slučajevima sadržaj vlage je i preko 50 %. Takođe, za korišćenje visokovlažne biomase kao bio-goriva potrebni su specijalni kotlovi, za dosušivanje biomase, a njihova primena isplativa je samo za veća postrojenja, termičke snage preko 1 MW. Potencijal- 124

150 no korišćenje ovakvog (vlažnog) materijala moglo bi da se usmeri na proizvodnju lignoceluloznog bioetanola, ali je ova tehnologija još u fazi razvoja, pa još uvek nije isplativa. Najekonomičnija primena visokovlažne kukuruzovine moguća je u postrojenjima za proizvodnju bio-gasa. Za biljne ostatke suncokreta bitno je da se oni baliraju. Samo na taj način omogućava se ekonomski opravdan transport i skladištenje. Primena oklasaka kukuruza, pre svega na malim imanjima, potpuno je zaživela, a u okviru jednog projekta razvijena je i drobilica koja omogućava da se izdrobljeni oklasci primenjuju i u kotlovima namenjenim za drveni iver. Velika je verovatnoća da će ovo gorivo, u bliskoj budućnosti, biti korišćeno isključivo za sušenje klipova semenskog kukuruza (Brkić i Janić, 2005). Razvoj logistike za sve ostale biljne ostatke, takođe, treba da doživi unapređenja, kako sa stanovišta smanjenja troškova ubiranja i trasporta, tako i sa stanovišta skladištenja i prerade. Poseban akcenat biće stavljen na proizvodnju otpresaka, briketa i peleta, što omogućava primenu biomase i van ruralnih oblasti. Korišćenje tehnologije proizvodnje energetskih briketa i peleta u odnosu na baliranu biomasu ima više prednosti (Brkić i Janić, 2009): smanjuju se transportni troškovi biomase, smanjuje se prostor za skladištenje, manji je utrošak ručnog rada pri loženju, veća je efikasnost procesa sagorevanja, može da se automatizuje proces loženja i sagorevanja peletirane biomase. Nažalost, za proizvodnju peleta i briketa troši se najfinija energija (električna) i cena ovih proizvoda je preko 120 evra/t. Ipak, u poslednje vreme se ekonomski isplati korišćenje peleta u odnosu na zemni gas, a naročito u odnosu na električnu energiju i ulje za loženje. CENA BIOMASE I SIGURNOST SNABDEVANJA U procesu tehnološkog razvoja postoje brojne tehnologije prerade i energetske primene biomase. Pored primene biomase za grejanje i kombinovanu proizvodnju električne i toplotne energije, razvoj ide ka proizvodnji tečnog goriva (BtL, Biomass to Liquid), ka proizvodnji lignoceluloznog etanola (LCB, lignocellulosic bioethanol) i ka proizvodnji bio-gasa (BtB, Biomass to Bio-gass). Ukoliko neka od tih tehnologija doživi tehničko-tehnološku zrelost za praktičnu primenu, što znači pre svega prihvatljivu cenu, odnos prema biomasi značajno će se promeniti. Pored toga, dalji razvoj uobičajenih postrojenja za konverziju u toplotnu energiju (peći i kotlovi) takođe se unapređuje, sa ciljem ostvarenja višeg stepena iskorišćenja biomase u proizvodnji energije i smanjenja emisije štetnih produkata za okolinu. Ovakav razvoj posebno je značajan za Srbiju i Vojvodinu, jer je u tom pogledu nivo korišćenih postrojenja vrlo nizak. Težnja je, pored ostalog, da cena postrojenja bude što niža, odnosno prihvatljiva za širok broj potencijalnih korisnika (lowcost solutions). Nove tehnologije, koje bi bile ne samo prihvaćene od korisnika, već bi se oprema i proizvodila u našoj zemlji, a posebno u ruralnim oblastima, doprinele bi ruralnom razvoju. Posebno se očekuje standardizovanje i sertifikacija biomase kao goriva, te korišćenje postrojenja razvijenih posebno za određeni tip goriva. U poslednje vreme u Vojvodini se mnogo radi na uspostavljanju tržišta biomase. Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne sirovine sufinansira izgradnju velikih sabirnih skladišta za biomasu (kao što je primer podizanja velikog skladišta za biomasu kod Prigrevice). 125

151 Uvek ostaje otvoreno pitanje koliko košta priprema biomase za njeno korišćenje u cilju dobijanja energije. Na osnovu podataka iz prakse, cena tone balirane slame iznosi oko 50 evra. Poseban problem nastaje u slučaju snabdevanja velikih potrošača. Radijus dopremanja, ali i fragmentacija i veličina parcela, veliki su problem. Biomasa, čija je gustina u izvornom obliku vrlo niska, nije pogodna za transport na veća rastojanja (male bale 7 do10 km, rol bale 30 do 50 km, velike prizmatične bale 80 do 100 km, briketi do 500 km, pelete do 1000 km). U Danskoj je ovaj problem detaljno izučen, te su prikazani podaci o promeni cene spremanja i transporta u zavisnosti od načina ubiranja, formi i gustine bala, izbora transportnih sredstava i naročito transportnih rastojanja (Nikolaisen, 1998). Još detaljnije razmatranje ovog problema sproveo je Wiesenthal (2006) za slučaj snabdevanja gorivom velikih postrojenja. U obzir je uzeta najsavremenija tehnologija ubiranja, gustina prinosa biljnih ostataka, slame, te transportna rastojanja. Zaključeno je da, čak i u uslovima najveće gustine prinosa slame, granična vrednost termičke snage postrojenja ne bi smela da pređe 40 MW, jer bi cena goriva bila previsoka. U Vojvodini, u kojoj je gustina prinosa biomase veća, ove snage mogle bi da budu nešto više. Poseban problem predstavlja usitnjenost imanja. U slučaju gradnje velikih postrojenja bilo bi potrebno da se sklope brojni ugovori sa poljoprivrednim proizvođačima, kojima bi se definisala količina i cena biomase, slame. U slučaju razmatranja izgradnje postrojenja za centralno grejanje u Negotinu iz tih razloga odustalo se od korišćenja slame, a prednost je data korišćenju drveta (Pešenjanski i dr., 2007). Da bi se ovaj problem prevazišao u Vojvodini potrebno je organizovati berzu (tržište) biomase. U Vojvodini se kao najbolja energetska biljka za proizvodnju agropeleta pokazala ozima pšenica, koja ima visok prinos žetvenih ostataka i dobru kalorijsku vrednost. Smatra se da je ekonomski opravdan otkup sirovine u krugu od 50 km od fabrike. Biomasa pšenice, kukuruza i soje je godine otkupljivana u sezoni po prosečnoj ceni od 22 EUR po toni bez PDV, a maloprodajna cena agropeleta bila je oko130 EUR po toni. Cena slame u fabrici za preradu bila je, uključujući i transportne troškove, od 65 do 80 EUR po toni. Očekuje se povećanje intresa za korišćenje agropeleta kao goriva, pošto je njihovo korišćenje jeftinije od lož ulja i gasa. Usklađivanjem carinskih tarifa stekli su se uslovi i za izvoz agropeleta. Kilogram briketa od drveta proizvodi istu količinu toplote kao 0,7 m3 gasa ili 0,60 l lož ulja. Takođe, 1 t briketa odgovara energetskom sadržaju od 4 do 4,5 m3 ogrevnog drveta ili 0,9 t uglja. Potrebno je, takođe, istaći da korišćenje biomase u cilju proizvodnje energije, pored ekološke prednosti u odnosu na korišćenje fosilnih goriva, omogućava i stvaranje novih radnih mesta što nije zanemarljivo ako se ima u vidu velika nezaposlenost u Srbiji. MERE ZA PODSTICANJE ODRŽIVE PROIZVODNJE I PRIMENE BIOMASE Najverovatnije je da održiva proizvodnja i primena biomase sa ciljem dobijanja energije neće moći da bude ostvarena bez ekonomske podrške države, što je pokazala praksa u većini razvijenih zemalja. Primena jeftinih, ali zastarelih, tehnologija daje niže cene, ali i niži komfor i negativno utiče na životnu sredinu. Dodatnim oporezivanjem mine- 126

152 ralnih goriva, sa namenskim odvajanjem sredstava za stimulisanje primene biomase u energetske svrhe, tj. formiranjem fonda za podsticanje primene biomase, dao bi se ne samo impuls ostvarenju nacionalnih ciljeva i ispunjavanja međunarodnih obaveza u ovoj oblasti, već bi se neposredno podsticao ruralni razvoj. A to je jedan od gorućih problema Srbije i Vojvodine, u novije vreme kao cilj prepoznat i na nivou Evropske unije. Smatra se da je, zahvaljujući povećanju prinosa gajenih vrsta i time proizvodnje hrane, i pored sve veće potrebe za hranom usled povećanja standarda i broja stanovnika na Zemlji, moguće izdvojiti površine za proizvodnju biomase za energetske svrhe i da to ne bi ugrozilo ishranu ljudi. Pri tome treba imati u vidu da se pri stvaranju novih genotipova gajenih vrsta teži ka povećanju žetvenog indeksa, što znači da se masa žetvenih ostataka po jedinici stvorenog poljoprivrednog prinosa smanjuje. PROBLEMI ODLUČIVANJA PRI KORIŠĆENJU BIOMASE U ENERGETSKE SVRHE Problemi odlučivanja u složenim proizvodnim i tehničkim uslovima zahtevaju kompleksan, multidisciplinaran pristup. To se u značajnoj meri odnosi i na korišćenje obnovljivih izvora energije, koje se zasniva na različitim tehničko-tehnološkim postupcima, pri čemu se koriste različiti izvori energije. Za korišćenje biomase za proizvodnju energije postoji veći broj tehničko-tehnoloških rešenja koja se međusobno značajno razlikuju po brojnim parametrima značajnim za odlučivanje o njihovom korišćenju. Oni se razlikuju po visini potrebne investicije, složenosti postupka, energetskoj efikasnosti, ceni proizvedene energije i njenoj konkurentnosti u odnosu na neobnovljive izvore energije, korišćenom materijalu za proizvodnju energije, mogućnosti zapošljavanja, kompetitivnosti sa proizvodnjom hrane, potrebnim prirodnim uslovima, uticaju na životnu sredinu i dr. Problem odlučivanja pri korišćenje biomase u eneregetske svrhe usložnjava i činjenica da isti tehničko-tehnološki postupak može u određenim uslovima da se realizuje na različite načine, npr. u zavisnosti od pristupačnosti određene vrste biomase i dr., što se odražava na brojne pokazatelje (energetske efikasnosti, cene proizvedene energije, uticaj na životnu sredinu i dr.) koji su od značaja za odlučivanje. Ovom prilikom ukazaće se na prednosti i mane, sa ekološkog stanovišta, korišćenja biomase u energetske svrhe putem sagorevanja, proizvodnje bio-gasa, ugljenisanja i gajenja energetskih biljaka. Posebna pažnja će biti posvećena uticaju ovih načina iskorišćavanja biomase na plodnost zemljišta. Potrebno je pri tome istaći da korišćenje obnovljivih izvora energije, a u okviru toga biomase, u našoj zemlji nema dužu tradiciju, prema tome ne postoji ni potrebno iskustvo, ni stručno-naučno znanje o njegovom uticaju na životnu sredinu, a shodno tome ni na plodnost zemljišta. Do sada najzastupljeniji način proizvodnje energije iz biomase u našoj zemlji je sagorevanje biomase. Ovaj postupak zahteva relativno male investicije, obezbeđuje nova radna mesta, cena proizvedene energije je niža od cene drugih obnovljivih izvora energije, neposredno ne konkuriše proizvodnji hrane i pod određenim uslovima je ekološki prihvatljivo, ukoliko se koristi biomasa koja sa stanovišta plodnosti zemljišta nema 127

153 128 veći značaj (ljuspice semena suncokreta, kočanke kukuruza, otpad koji nastaje pri rezidbi u voćnjacima i vinogradima i dr.). Korišćenje žetvenih ostataka njivskih biljaka, koje se odlikuju većim sadržajem hranljivih elemenata i lakše su razgradivi u zemljištu u dužem roku, bez adekvatne primene organskih đubriva, kao što je već istaknuto, nepovoljno se odražava na plodnost zemljišta. Pri tome, potrebno je imati u vidu različit sadržaj pojedinih elemenata u žetvenim ostacima pojedinih biljnih vrsta. Tako, na primer, slama soje koja se odlikuje većom energetskom vrednošću istovremeno je bogata mineralnim materijama, posebno azotom. Njeno odnošenje sa njiva i sagorevanje predstavlja veći gubitak od sagorevanja ostataka npr. strnih žita. Masa žetvenih ostataka pojedinih njivskih biljaka je takođe različita. Na primer, masa žetvenih ostataka kukuruza je znatno veća nego strnih žita, što istovremeno znači da se odnošenjem kukuruzovine sa njiva odnosi znatno veća količina biljnih hraniva. Stoga je konačan sud o prednostima dobijanja energije putem sagorevanja biomase sa stanovišta plodnosti zemljišta u poređenju sa drugim tehničko-tehnološkim postupcima moguće dati samo ako se imaju u vidu i navedene činjenice. Ne postoje ekeprimentalni podaci o uticaju na plodnost zemljišta procedura prema kojima se samo sa jedne trećine površine koristi biomasa ili da se za proizvodnju energije koristi samo biomasa proizvedena na zemljištima koja se odlikuju većim sadržajem organske materije. Stoga bi ova predložena rešenja trebalo ispitati eksperimentalno u našim agroekološkim uslovima pre nego što se preporuče kao način za iskorišćavanje biomase. Proizvodnja energije u bio-gas postrojenjima zahteva veća ulaganja u odnosu na sagorevanja biomase, a zavisno od vrste biomase koja se koristi može, ali ne mora da bude u kompeticiji sa proizvodnjom hrane. Rad bio-gas postrojenja obezbeđuje zapošljavanje i sa stanovišta plodnosti zemljišta je pogodniji način korišćenja biomase od sagorevanja. Ostatak koji zaostaje posle proizvodnje bio-gasa po svojim hemijskim osobinama čini ga podesnim đubrivom. Njegovom primenom vraća se u zemljište značajna količina hraniva koja su se nalazila u biomasi. Ugljenisanje biomase prema inostranim iskustvima je ekološki prihvatljiv postupak dobijanja energije, pošto ostatak ugljenisana biomasa povoljno utiče na fizičke i hemijske osobine zemljišta i smanjuje odavanje ugljen-dioksida iz zemljišta u atmosferu. Koliko je nama poznato ovaj postupak kod nas nije do sada primenjivan, zbog čega nije moguće proceniti njegove tehničko-tehnološke karakteristike sa ekološkog stanovišta, tj. efekta ugljenisane biomase na svojstva zemljišta u našim agroekološkim uslovima. Ovaj postupak ne ugrožava proizvodnju hrane, omogućava zapošljavanje, zahteva osrednju investiciju, zbog čega zaslužuje da se i ovaj način korišćenja biomase u proizvodnji energije ubuduće ispita i koristi. Gajenje brzorastućih biljaka za proizvodnju energije na poljoprivrednim površinama umanjuje proizvodnju hrane. Stoga se preporučuje njihovo gajenje na površinama koje nisu pogodne za biljnu proizvodnju. S tim u vezi postavlja se pitanje kolika je produkcija organske materije tih biljaka na takvim zemljištima. Zemljišta nepogodna za biljnu proizvodnju (plavna, erodirana, zaslanjena i dr.) odlikuju se specifičnom florom i faunom. Gajenje energetskih biljaka na takvim staništima dovelo bi do promene u živom svetu, što je štetno. Gajenje energetskih biljaka može da bude korisno na zagađenim terenima, gde bi se njihovim gajenjem istovremeno postiglo prečišćavanje

154 zemljišta od zagađivača (fitoremedijacija) i proizvodnja organske mase. Energetska efikasnost energetskih biljaka u velikoj meri zavisi od vrste biljaka. Imajući u vidu da gajenje energetskih biljaka zahteva određena finansijska sredstva, dok se žetveni ostaci gajenih biljaka samo sakupljaju, baliraju i transportuju do mesta upotrebe, cena energije proizvedene od energetskih biljaka verovatno je viša. Odnošenje energetskih biljaka sa proizvodne površine, posebno jednogodišnjih, bez primene organskih đubriva dugoročno bi se nepovoljno odrazilo na plodnost zemljišta. Poređenje ekonomičnosti i uticaja na životnu sredinu i plodnost zemljišta pojedinih tehničko-tehnoloških rešenja za korišćenje biomase u cilju proizvodnje energije je složen zadatak pošto na to utiču brojni činioci. U reševanju ovog problema neophodan je multidisciplinarni pristup i korišćenje metode višekriterijumske optimizacije, a u cilju nalaženja najpovoljnijeg rešenja za konkretne uslove. ZAKLJUČCI Srbija kao kandidat za prijem u Evropsku uniju ima jasan zadatak i cilj da sledi energetske direktive EU postavljene u dokumentu 2009/28/EC koje treba ostvariti do godine. U Srbiji najveći potencijal obnovljivih izvora energije predstavlja, pre svega, čvrsta biomasa koja potiče iz ratarske, voćarske i vinogradarske proizvodnje. U Vojvodini su to ostaci poljoprivredne proizvodnje. Pored navedenog, u obzir dolaze i nusproizvodi prehrambene industrije, energetske biljke i dr. Povećanje udela obnovljivih izvora energije u energetskom snabdevanju Srbije i Vojvodine je vrlo složen zadatak. Na osnovu pregleda statističkih i podataka iz literature ustanovljeno je da su stvarni potencijali biomase u Vojvodini oko 6 Mt godišnje. Ipak, kada su razmotreni razni uticaji, došlo se do podatka da može da se ubere oko 1,8 Mt (30%), a za energetske svrhe koristi oko 1,7 Mt biomase. Ukoliko se tome dodaju količine biomase nastale rezidbom voćnjaka i vinograda, kao i ostaci primarne prerade poljoprivrednih proizvoda, energetski potencijal biomase u Vojvodini je oko 0,7 Mtoe (mega tona ekvivalentne nafte). To se dobro slaže sa ranije procenjenim potencijalima biomase iz poljoprivrede, koji za celu Srbiju iznose 1,7 Mtoe. Pošto je cilj da se biomasa za energetske svrhe koristi na održiv način, analizirani su pojedini činioci koji na to utiču. Naglašen je značaj očuvanja plodnosti zemljišta, kompeticije između useva gajenih za proizvodnju energije i useva namenjenih ishrani, ostvarenja ekonomske i socijalne održivosti, kao i unapređenja kvaliteta korišćenih termoenergetskih postrojenja. Procenjeno je da najveće rezerve biomase predstavlja kukuruzovina i ostaci proizvodnje suncokreta. Vlažna kukuruzovina može da se koristi u specijalnim kotlovima, ili može da predstavlja sirovinu za proizvodnju lignoceluloznog bioetanola (LCB, lignocellulosic bioethanol), ili BtL (Biomass to Liquid), pod uslovom da one dostignu tehničku zrelost za primenu u praksi. Proizvodnja bio-gasa iz žetvenih ostataka i drugih poljoprivrednih proizvoda predstavlja u svetu već dobro uhodanu tehnologiju, koja je kod nas još uvek praktično u začetku. Ugljenisanje organske mase predstavlja, takođe, moguć postupak za dobijanje energije iz biomase. Proizvodnja energetskog bilja, a pre sve- 129

155 130 ga brzorastućih višegodišnjih biljaka, predstavlja značajan potencijal u budućnosti. Pri tome bi se pre svega koristila zemljišta na kojima se ne proizvodi hrana. Značajne mogućnosti za povećanje količine biomase nalaze se i u sektoru primarne prerade, a tipičan primer je primena oklaska za sušenje klipova kukuruza u semenskoj proizvodnji. Procenjeno je da bi, uz sprovođenje prethodno definisanih aktivnosti i ostvarenje održivog razvoja, potencijal biomase za energetske svrhe u Vojvodini do godine mogao da se poveća na oko 1,1 Mtoe, što bi predstavljalo više od 20% potrošnje primarne energije. Budućnost u primeni biomase u energetske svrhe leži u proizvodnji briketa, a naročito peleta, od biomase kao čvrstog alternativnog, obnovljivog, održivog i ekološkog goriva. Briketi ili peleti mogu da se proizvedu od različitih vrsta otpadne poljoprivredne, prehrambene i drvne biomase, mešavine biomase i od energetskih kultura. Upakovana biomasa, u obliku briketa i peleta, može da se transportuje na velika rastojanja, te postaje roba za tržište. Na kraju, treba reći da je neophodno da se uspostavi berza (tržište) biomase, po ugledu na novosadsku berzu poljoprivrednih proizvoda, kao i da se uradi detaljna analiza utrošene energije pri proizvodnji briketa i paleta. Žetveni ostaci obradivih površina predstavljaju značajan udeo ukupne biomase agroekosistema. Njih karakteriše relativno visoki sadržaj hranljivih materija zbog čega imaju značajnu ulogu u kruženju materija u agroekosistemu i time u očuvanju plodnosti zemljišta. Stoga sistematsko i dugoročno odnošenje žetvenih ostataka sa njiva i njihovo sagorevanje u cilju proizvodnje energije, pri čemu se najveći deo hranljivih materija gubi, ima nepovoljne posledice na plodnost zemljišta. U slučaju da se žetveni ostaci njivskih biljaka redovno odnose sa njiva, u cilju očuvanja plodnosti zemljišta potrebno bi bilo svake treće ili četvrte godine đubriti organskim đubrivima, pre svega stajnjakom. Imajući u vidu da je broj uslovnih grla po hektaru u Srbiji veoma nizak, mala je verovatnoća da se primenom stajnjaka može kompenzovati gubitak organske materije nastao sagorevanjem žetvenih ostataka. Stoga bi korišćenje biomase u cilju dobijanja energije trebalo da bude praćeno unapređenjem stočarske proizvodnje. Postoje i druga tehnološka rešenja za dobijanje energije iz biomase, npr. proizvodnjom bio-gasa što je ekološki mnogo prihvatljivije. Ostatak nakon proizvodnje bio-gasa u biogas postrojenju po svom hemijskom sastavu sličan je stajnjaku. Korišćenje organskih ostataka iz vinogradarstva, voćarstva, šumarstva, prerade drveta i dr., kao i gajenje energetskih biljaka, ukoliko se gaje na površinama koje nisu podesne za njivsku proizvodnju i time ne konkurišu proizvodnji hrane, je sa ekološkog stanovišta prihvatljivo. Međutim, uticaj svih ovih materija nakon korišćenja za dobijanje energije u bio-gas postrojenju na plodnost zemljišta nije poznat i treba da se istraži u našim agroekološkim uslovima. Imajući u vidu velik potencijal biomase nastale kao nusproizvod u poljoprivredi, potrebe za povećanjem učešća obnovljivih izvora energije u ukupnoj potrošnji energije u lokalnim, ragionalnim i globalnim razmerama, kao i dosadašnja svetska iskustva na tom polju, opravdano je nastojanje da se intenzivira korišćenje biomase koja potiče iz poljoprivredne proizvodnje za dobijanje energije. Ako se time ne ugrožava proizvodnja hrane, poljoprivreda može da bude ne samo proizvođač hrane već i goriva, pod uslovom da se biomasa, toliko značajna u kruženju materija u agroekosistemu, koristi na način koji omogućava održivost i očuvanje plodnosti zemljišta.

156 Pojedini tehničko-tehnološki postupci za korišćenje biomase za proizvodnju energije različito utiču na plodnost zemljišta i uopšte na životnu sredinu i odlikuju se brojnim drugim specifičnostima značajnim za odlučivanje, što nameće potrebu da se ovaj problem prouči, pored ostalog, i višekriterijumskom analizom, kako bi se pronašla najpovoljnija rešenja za date uslove. LITERATURA Ábrahám, J. (1980). A szerves trágyák kezelése és felhasználása. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. Allison, M. F., Chapman, J. L., Garat, C. E., Todd, A, D. (1997). The Potassium, Sodium, Magnesium, Calcium and Phosphate Nutrition of Sugarbeet (Beta vulgaris) Grown on Soils Containing Incorporated Straw. J. Sci. Food Agric. 74. p Bogdanović, D., Ubavić, M., Dozet, D. (1993). Hemijski sastav i obezbeđenost zemljišta Vojvodine neophodnim elementima. U: Kastori, R. (ured.) Teški metali i pesticidi u zemljištu - Teški metali i pesticidi u zemljištima Vojvodine, Poljoprivredni fakultet, Institut za ratarstvo i povrtarstvo, Novi Sad. p Bošnjak, D., Lučić, Dj., Rodić, V., Žutić, V. (2007). Organizacija proizvodnje i korišćenje stajnjaka u poljoprivredi AP Vojvodine. Savremena poljoprivreda, 56. p Brkić, M., Janić, T. (2005). Poljoprivreda kao potrošač i proizvođač energije. Savremena poljoprivredna tehnika, 31(4). p Brkić, M., Janić, T. (2009). Briketiranje i peletiranje biomase, monografija, Poljoprivredni fakultet, Novi Sad. p Brkić, M., Janić, T. (2010). Nova procena vrsta i količina biomasa Vojvodine za proizvodnju energije. Savremena poljoprivredna tehnika, 36(2). p Brkić, M., Janić, T., Somer, D. (2006). Termotehnika u poljoprivredi, II deo: Procesna tehnika i energetika u poljoprivredi; Poljoprivredni fakultet, Novi Sad. p Dimitrov, P., Stoyanov, K., Kangalov, P., Beloev, H. (2011). Methods of using vegetation and plant residues for protecting the soil from erosion in Bulgaria. Ecologica, 18. p Dinya, I. (2011). Biomassza alapú energiatermelés és fenntartható energiagazdálkodás. Magyar Tudomány, 9. p Hartmann, H., Turowski, P., Kiener, S. (2010). Electrostatic precipitators for small scale wood furnaces. Landtechnik, 65(5). p Hénin, S., Gras, R., Monnier, G. (1969). Le profil cultural, Paris. Ilić, M., Grubor, B., Tešić, M. (2004). The state of biomass energy in Serbia. Thermal Science, 8. p Jaćimović, G., Malešević, M., Bogdanović, D., Marinković, B., Crnobarac, J., Latković, D., Aćin, V. (2009). Prinos pšenice u zavisnosti od dugogodišnjeg zaoravanja žetvenih ostataka. Letopis naučnih radova Poljoprivrednog fakulteta, Novi Sad, 33. p Kádár, I. (1999). Tápanyaggazgálkodásunk az ezredfordulón. Agrokémia és Talajtan, 48. p

157 132 Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H. (2009). Energie aus Biomasse. Springer- Verlag, Berlin, Heidelberg. Kastori, R. (1964). Iskorišćavanje i dinamika usvajanja azota, fosfora i kalijuma kukuruza. Zbornik Matice srpske za prirodne nauke, 26. p Kastori, R., Tešić, M. (2005). Use of harvest residues as alternative fuel advantages and disadvantages. Agricultural Engineering Reports for Southeastern Europe 11(1 4). p Kastori, R., Maksimović, I., Putnik-Delić, M. (2012). Environmental Aspects of Burning Field Residues for Use as an Alternative Fuel. Ratarstvo i povrtarstvo, 49. p Kastori, R., Petrović, M., Starčević, Lj. (1985). Effect of Nitrogen Fertilization and Plowing Under of Straw on Grain Quallity in Wheat and Mais Grain. Arhiv za poljoprivredne nauke, 46. p Kastori, R.,Tešić, M. (2006). Efekat višegodišnjeg odnošenja žetvenih ostataka sa polja. Revija agronomskog saznanja, 16. p Kastori, R., Putnik-Delić, M., Maksimović, I. (2014). Green energy and soil fertility. Proceedings I. International Conference Planning and Land Use and Landfills in Terms of Sustainable Development. Zrenjanin. p Kretzschmar, R.M., Hafner, H., Bationo, H., Marschner, H. (1991). Long- and short terme effects on crop residues on aluminium, toxicity, phosphorus availability and growth of the pearl millet in an acid soil. Plant and Soil, 136. p Láng, I., Harnos, Zs., Csete, L., Karlovánszky, U.P., Tőkés, O. (1985). A biomassza komplex hasznosításának lehetőségei. Mezőgazdasádi Kiadó, Budapest. Latković, D., Marinković, B., Malešević, M., Jaćimović, G., Jug, D. (2009). Effect of different levels of nitrogen from plowed under harvest residues on grain yield of corn. Contemporary Agriculture, 58. p Lehmann, J., Joseph, S. (2009). Characteristics of Biochar: Biological Properties. In: Biochar for Environmental Management. Science and Technology, Earthscan. Loo, S., Koppejan, J. (2005). Handbook of Biomass Combustion and Co-Firing. Twente University Press, Enschede. Marinković, B., Starčević, Lj., Crnobarac, J., Balašević, S., Latković, D. (1993). Effect of plowing under of harvest residues on mineral nitrogen relocation into deeper soil layer. Proceedings of Internatiiona Scientific Conference ECO-93. Protection of Environment and Agriculture, Novi Sad, Serbia. p Martinov, M., Tešić, M., Konstantinović, M., Stepanov, B. (2005). Perspektive u korišćenju biomase za grejanje domaćinstava u seoskim područjima, Savremena poljoprivreda, 31. p Martinov, M., Brkić, M., Janjić, T., Đatkov, Đ., Golub, M., Bojić, S. (2011). Biomasa u Vojvodini RES Savremena poljoprivredna tehnika 37. p Mihajlović, E. (2006). Biomass as potential renewable energy resurce. Revija agronomska saznanja. 16. p Milošević, N. (1985). Microbiological Changes and Dehydrogenase Activity of Chernozem Soil Dependence of Introduced Nitrogen Fertilizers and Organic Matter. Agronomski glasnik, 6. p

158 Nikolaisen, N. (ed.) (1998). Straw for Energy Production, Technology Environment Economy, Second edition. The centre for Biomass Technology, Copenhagen. Obernberger, I., Brunner, T.H. (2005). Aerosols in biomass combustion Formation, characterization, behaviour, analysis, emissions, health effects. Graz University of Technology, Graz, BIOS Bioenergiesysteme GmbH, Graz. Pešenjanski, I., Martinov, M., Bjelaković, R., Živanović, T. (2007). Biomasa u sistemu daljinskog grejanja u Negotinu. Klimatizacija, grejanje, hlađenje, 36(3). p Powlson, D. (2006). Cereals straw for bioenergy: Environmental and agronomic constraints. In Proc. Expert Consultation: Cereals Straw Resources for Bioenergy in the European Union October, Pamplona, Spain. p Rebafka, F.P., Ndungruru, B.J., Marschner, H. (1993). Crop residue application increases nitrogen fixation and dray matter production in groundnut (Arachis hypogea L.) grown on an acid sandy soil in Niger, West Africa. Plant and Soil 150. p Rodzkin, A., Mosiej, J., Karczmarczyk, A., Wyporska, K. (2012). Biomassa Production in Energy Forests. In: Ryden, L., Karlsson, I. (eds.) Ecosystem Health and Sustainable Agriculture. The Blatic University Programme, Uppsala University. p Rodzkin, A., Orlovich, S., Krstich, B. (2014). The perspective of application of ash from willow wood as a mineral fertilizer. Proceedings of XVIII International ECO-Conference Safe Food, Novi Sad, Serbia. p Rosentrater, K.A., Todey, D., Persyin, R. (2009). Quantifying Total and Sustainable Agricultural Biomass Resources in South Dakota A Preliminary Assessment. Agricultural Engineering International 11: Manuscript. p Schweier, J., Becker, G. (2012). Harvesting of short rotation coppice harvesting trials with a cut and storage system in Germany. Silva Fennica, 46. p Sekulić, P., Ninkov, J., Hristov, N., Vasin, J., Šeremešić, S., Zeremski-Škorić, T. (2010). Sadržaj organske materije u zemljištu AP Vojvodine i mogućnost korišćenja žetvenih ostataka kao obnovljivog izvora energije. Ratarstvo i povrtarstvo 47. p Šeremešić, S., Vasin, J., Živanov, M., Milić, S., Milošev, D., Vasiljević, M. (2014). Biochar application: the prospects of soil property improvement. Proceedings of XVIII International ECO-Conference Safe Food, Novi Sad, Serbia. p Shaw, A.W., Robinson, R. (1970). Organic matter decomposition and plant nutrient from incorporations of soybean hay and wheat straw in Holston sandy loam in autdoor lysimeters. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 24. p Stevanović, M. (1978). Uticaj zaoravanja žetvenih ostataka na količinu humusa i azota u zemljištu. Arhiv za poljoprivredne nauke 31. p Strategija poljoprivrede i ruralnog razvoja Republike Srbije za period (2014). Službeni glasnik RS, br. 85/14 od 12. avgusta Strauß, C. (eds.) et al. (2010). Standortangepasste Anbau systeme für Energiepflanzen. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR), Gülzow. Tešić, M., Kastori, R., Maksimović, I., Effenberger, M., Đatkov, Đ., Putnik-Delić, M. (2012). Sadržaj biogenih i drugih elemenata u ostatku posle fermentacije u bio-gas postrojenju. Ratarstvo i povrtarstvo, 49. p Verheijen, F., Jeffery, S., Diafas, I. (2009). Biochar Application to Soils, Soil Action LMNH Unit IES, Ispra. 133

159 134 Vučić, N. (1992). Higijena zemljišta. Vojvođanska akademija nauka i umetnosti. Knjiga XII, Novi Sad. Weih, M. (2012). Perannial biomass crops: Breeding research in Salix integrating ecology, physiology and genetics. Plant Biology Congress, EPSO, FESPB, Freiburg, Germany. p Wiesenthal, T. (2006). Cereals straw for bioenergy: Industrial and logistic issues, costs and implementation. In Proc. Expert Consultation: Cereals Straw Resources for Bioenergy in the European Union, Pamplona, Spain. p Withers, P.J.A. (1991). Removal of phosphorus and potassium from the soil in wheat and barley straw. J. Agric. Sci p

160 ECOLOGICAL ASPECTS OF USING BIOMASS TO PRODUCE ENERGY GREEN ENERGY AND SOIL FERTILITY Kastori Rudolf, Brkić Miladin, Maksimović Ivana, Putnik-Delić Marina University of Novi Sad, Faculty of Agriculture, Novi Sad, Trg D. Obradovića 8, Novi Sad, Serbia Summary Finding, development and exploitation of alternative, renewable energy resources has become a global challenge at the beginning of the 21st century, for several reasons. Consumption and prices of fossil fuels is increasing, and their stocks are limited. Sources of fossil fuels, oil and natural gas reserves, are unevenly distributed around the world which makes many countries, including major energy consumers, dependent on their manufacturers. This dependence can be a generator of economic and thus political problems. In addition, it is important to emphasize the fact that the use of fossil fuels, on a global scale, largely contributes to environmental pollution by emission of carbon dioxide and other oxides (SOx), creation of greenhouse gases and thus contributing to climate change on our planet. The increasing demand for energy and the occurrences stated above, are the main reasons why humanity is forced to focus on other, new sources of energy, that will allow stable production of sufficient quantities of energy, of affordable price, that does not threaten the environment, and possibly are renewable, which means that they can continuously provide the required energy. Among renewable energy sources, biomass has an important role. Biomass can be used to produce heat and electricity by means of combustion, to produce liquid fuels biodiesel and bioethanol, to produce gas fuel bio-gas, as well as for production of solid fuels (briquettes, pellets). The aforementioned uses of biomass have their economic, technological, environmental and other advantages and disadvantages because of which they are unevenly applied. The aim of this study is to present the main features of individual technical and technological solutions developed for the use of biomass to produce energy, with particular emphasis on environmental aspects and consequences on soil fertility. Based on literature and our own research results, we will point out possible solutions from the standpoint of rational, ecologically sound use of biomass to produce energy. The justification for the use of biomass for energy purposes and sustainability process Among renewable energy sources, biomass has the greatest potential in Serbia. Vojvodina has about 1.8 Mt biomass residues from agricultural production that maybe used for production of energy, which is less than 30% of the total quantity of available crop residues. In Vojvodina, in the last few years, only about 3% of the total amount of biomass was used for energy production (heating). Sustainability of usage of biomass for the production of energy is influenced by many factors due to its impact on the environment, economy, development of rural areas, etc. 135

161 136 The characteristics of biomass as a biofuel Biomass is not a fuel in the exact sense. It can only be used as an alternative fuel. It is bulky, unevenly structured, occasionally moist, of low-density, expensive to transport long distances, has a higher percent of ash than the wood and lower than coal, etc. Competition with food production Extreme increase in use of agricultural land for the production of, for example, bioethanol, biodiesel and to some extent energy plants, could jeopardize meeting the growing needs of the world for food. Impact on the environment The use of biomass to produce energy reduces emission of greenhouse gases and does not contribute to global warming of our planet. The emission of various gasses and particles, released during the combustion of biomass, has to be prevented by the application of appropriate devices. If the production of energy from biomass does not jeopardize the environment, it is possible that agriculture becoms not only a manufacturer of food but also of fuel. Ecological consequences of burning crop residues Due to their relatively high content of nutrients, harvest residues play an important role in the cycling of nutrients in agroecosystem. By their combustion, total amount of carbon and nitrogen, and a large portion of sulfur and other mineral elements get lost. The ash that remains after the combustion of biomass can be used as fertilizer. Crop residues and soil fertility Crop remains exerts beneficial effects on soil fertility and thus the amount and quality of the yield of cultivated species. It was found that the long-term removal of crop residues from fields leads to a reduction of organic matter content in the soil, which largely determines its fertility. In addition, incorporation of crop residue reduces nutrient leaching and soil erosion and increases the availability of some nutrients for plants on acidic soils and increases of the soil biological value. Novel technologies in agricultural production and other uses of biomass Conservation tillage. Conservation tillage is one of the minimum tillage systems, without toppling over ridges, where plant residues remain on the soil surface, and partly also are incorporated into it. Such tillage system saves energy and returns partly the crop residues into nutrient cycling in agroecosystems. The use of biomass for bio-gas. The use of biomass for production of energy through bio-gas plants is in broad expansion, because, among other reasons, because for this purpose a great variety of products and by-products of agriculture, food industry and others can be used. Ecologically, in comparison with combustion of biomass, its usage for bio-gass production has some advantages, since composition of the remains of biogass production is similar to manure. Carbonization of biomass. For carbonization can be used the other carbon-containing materials, beside agricultural by-products. During pyrolysis, combustible gases are formed, which can be used for the production of heat and electricity. Residual biochar has beneficial effect on soil fertility. Growing fast-growing energy crops. In Vojvodina, priority should be given to fastgrowing perennials, primarily to plantation cultivation of poplar and willow. In order to avoid competition with food production, the plants aimed at the production of energy should be primarily grown in areas that are not suitable for agricultural production.

162 New methods of collection, storage and processing of biomass. Collection, storage and processing of biomass for future energy usage needs to be further explored. The most important would be to improve harvesting and storage of maize and vegetable residues and the production of sunflower seed. Using the technology of energy briquettes and pellets as compared to baled biomass has several advantages. Price of biomass and reliability of supply In Vojvodina, the best species for the production of agropellets is winter wheat, because it has a high yield of crop residues of good calorific value. It is believed that in terms of absolute density of straw, the highest thermal power of power plant should be limited to 40 MW, since the fuel price would be too high if the power is higher. In Vojvodina, where the density of the biomass yield is quite high, those limiting values for power plants could be set little higher. Incentives for sustainable biomass production Sustainable production and use of biomass energy will probably not be feasible without economic support from the state, which indeed is practice in most developed countries. Stimulation of application of biomass for the production of energy, in other words establishment of a fund to encourage the application of biomass, would provide not only a stimulans for realization of national goals and the fulfillment of international obligations in this area, but would also directly encourage rural development. Problems in decision making about using biomass for energy purposes Comparing the costs and impact on the environment and soil fertility of particular technical and technological solutions of the usage of biomass for energy purposes is a complex task, since it is also affected by many factors. Solving this problem requires a multidisciplinary approach and application of a method of multicriterial optimization, in order to find the best solution for the given conditions. Keywords: biomass, energy, combustion, bio-gas, carbonization, energy plants, soil fertility 137

163 EKOLOŠKI ASPEKTI PRIMENE BIOMASE U PROIZVODNJI ENERGIJE ZELENA ENERGIJA I PLODNOST ZEMLJIŠTA Rudolf Kastori, Miladin Brkić, Ivana Maksimović, Marina Putnik-Delić Univerzitet u Novom Sadu, Poljoprivredni fakultet, Novi Sad, Trg Dositeja Obradovića 8 kastori@polj.uns.ac.rs Sažetak Iznalaženje, razvoj i korišćenje alternativnih, obnovljivih izvora energije postao je u globalnim razmerama najveći izazov na početku 21. veka. Za to postoji više razloga. Potrošnja i cene fosfilnih energenata stalno rastu, a njihove zalihe su ograničene. Izvori fosilnih goriva nafte i zemnog gasa su neravnomerno raspoređeni po svetu što čini mnoge države među njima i velike potrošače energije zavisnim od njihovih proizvođača. Ova zavisnost može da bude generator ekonomskih, a time i političkih problema. Pored navedenog, veoma je značajno istaći i činjenicu da korišćenje fosilnih goriva u globalnim razmerama u velikoj meri doprinosi zagađenju životne sredine, imisiji ugljen- dioksida i drugih oksida (SOx), stvaranju staklene bašte i promeni klime naše planete. Sve veća potreba za energentima i navedene činjenice su osnovni razlozi zbog kojih je čovečanstvo primorano da iznalazi druge, nove izvore energije koji omogućavaju stabilnu proizvodnju dovoljne količine energije sa prihvatljivom cenom, ne ugrožavaju životnu sredinu, i po mogućstvu su obnovljivi, što znači da mogu kontinuirano, beskonačno da obezbede potrebnu energiju. Među obnovljivim izvorima energije biomasa zauzima važno mesto. Biomasa može da se koristi za proizvodnju toplote i električne energije putem sagorevanja, za proizvodnju tečnih goriva bio-dizela i bioetanola, za proizvodnju gasnog goriva bio-gasa, kao i za proizvodnju čvrstih goriva (briketa, peleta). Pomenuti načini korišćenja biomase imaju svoje ekonomske, tehničko-tehnološke, ekološke i druge prednosti i nedostatke zbog čega su našli nejednaku primenu. Cilj ovih istraživanja je da se ukaže na osnovne karakteristike pojedinih tehničkotehnoloških rešenja korišćenja biomase za dobijanje energije, sa posebnim osvrtom na ekološke aspekte i moguće posledice na plodnost zemljišta. Na osnovu postojećih i sopstvenih rezultata istraživanja ukazaće se na moguća rešenja za dobijanje energije sa stanovišta racionalnog, ekološki prihvatljivog korišćenja biomase. Opravdanost korišćenja biomase u energetske svrhe i održivost postupka Među obnovljivim izvorima energije biomasa predstavlja najveći potencijal u Srbiji. Vojvodina raspolaže sa oko 1,8 Mt, ostatka poljoprivredne biomase za energetske svrhe što je manje od 30% od ukupno raspoložive količine biljnih ostataka. U Vojvodini se poslednjih godina koristi oko 3% od ukupne količine biomase u energetske (toplotne) svrhe. Na održivu proizvodnju i energetsko korišćenje poljoprivredne i druge biomase, ima više pozitivnih i negativnih uticaja, s obzirom na njen uticaj na životnu sredinu, ekonomiju, razvoj ruralnog područja i dr. 138

164 Karaktersitike biomase kao bio-goriva Biomasa nije gorivo u egzaktnom smislu. Ona može da se koristi samo kao alternativno gorivo. Ona je voluminozna, neujednačena po struktiri, povremeno vlažna, male gustine, skupa za transport na veća rastojanja, ima veći procenat pepela od drveta, a manji od uglja itd. Konkurencija u proizvodnji hrane Ekstremno povećanje korišćenja poljoprivrednih površina za proizvodnju npr. bio-etanola, bio-dizela i donekle energetskih biljaka mogla bi da ugrozi zadovoljavanje sve veće potrebe u svetu za hranom. Uticaj na životnu sredinu Korišćenje biomase za energetsku primenu smanjuje efekat staklene bašte i ne doprinosi globalnom zagrevanju naše planete. Pri sagorevanju biomase dolazi do emisije gasova i čestica, što je potrebno sprečiti primenom odgovarajućih uređaja. Ako se pri proizvodnji energije iz biomase vodi računa o životnoj sredini moguće je da poljoprivreda bude ne samo proizvođač hrane već i goriva. Ekološke posledice sagorevanja žetvenih ostataka Usled relativno velikog sadržaja hranljivih materija žetveni ostaci imaju važnu ulogu u kruženju materija u agroekosistemu. Njihovim spaljivanjem gubi se ukupna količina ugljenika i azota, velikim delom i sumpora i drugih biogenih elemenata. Pepeo koji zaostaje posle sagorevanja biomase može da se koristi kao đubrivo. Žetveni ostaci i plodnost zemljišta Zaoravanje žetvenih ostataka ispoljava povoljno dejstvo na plodnost zemljišta i time na visinu i kvalitet prinosa gajenih vrsta. Utvrđeno je da dugotrajno odnošenje žetvenih ostataka sa njiva dovodi do smanjenja organske materije u zemljištu, koja u velikoj meri određuje njenu plodnost. Pored toga, zaoravanjem žetvenih ostataka smanjuje se ispiranje i erozija zemljišta i povećava pristupačnost nekih hraniva za biljke na kiselim zemljištima i biogenost zemljišta. Inovirane tehnologije poljoprivredne proizvodnje i druge primene biomase Konzervaciona obrada. Konzervaciona obrada ubraja se u sisteme minimalne obrade zemljišta, bez prevrtanja zemljišta, pri čemu biljni ostaci ostaju na površini zemljišta, a delimično se i u njega unose. Ovim sistemom obrade štedi se energija i vraća deo žetvenih ostataka u kruženje materije agroekosistema. Korišćenje biomase za dobijanje bio-gasa. Korišćenje biomase za dobijanje energije putem gas postrojenja u velikoj je ekspanziji pored ostalog i zato što se za tu svrhu mogu koristiti brojni proizvodi i nus proizvodi poljoprivrede, prehrambene industrije i dr. Ekološki, u odnosu na sagorevanje biomase ima prednost, pošto je ostatak koji zaostaje posle proizvodnje bio-gasa po svom sastavu sličan stajnjaku. Ugljenisanje biomase. Za ugljenisanje mogu se koristiti, pored poljoprivrednih nusproizvoda i drugi koji sadrže ugljenik. U toku ugljenisanja nastaju sagorljivi gasovi, koji se mogu koristiti za proizvodnju toplote i električne energije. Zaostao bio-ugalj povoljno utiče na plodnost zemljišta. Uzgoj brzorastućeg energetskog bilja. U Vojvodini treba dati prednost brzorastućim višegodišnjim biljkama, pre svega plantažnom uzgajanju topola i vrba. Da ne bi došlo do konkurencije sa proizvodnjom hrane ove biljke treba pre svega gajiti na površinama koja nisu podesna za poljoprivrednu proizvodnju. Novi postupci ubiranja, skladištenja i prerade biomase. Ubiranje, skladištenje i prerade biomase za buduću energetsku primenu potrebno je dodatno istražiti. Najznačajnije bi bilo da se unapredi ubiranje i skladištenje kukuruzovine i biljnih ostataka pri proiz- 139

165 140 vodnji semena suncokreta. Korišćenje tehnologije energetskih briketa i peleta u odnosu na baliranu biomasu ima više prednosti. Cena biomase i sigurnost snabdevanja U Vojvodini se za proizvodnju agropeleta kao najbolja biljka pokazala ozima pšenica, koja ima visok prinos žetvenih ostataka i dobru kalorijsku vrednost. Smatra se da u uslovima najveće gustine prinosa slame, granična vrednost termičke snage postrojenja ne bi smela da pređe 40 MW, jer bi cena goriva bila previsoka. U Vojvodini, u kojoj je gustina prinosa biomase veća, ove snage mogle bi da budu nešto više. Mere podsticanja održive proizvodnje biomase Održiva proizvodnja i energetska primena biomase najverovatnije ne mogu biti ostvareni bez ekonomske podrške države, što je pokazala praksa u većini razvijenih zemalja. Stimulacija primene biomase u energetske svrhe, tj. formiranje fonda za podsticanje primene biomase, dali bi impuls ostvarenju nacionalnih ciljeva i ispunjenju međunarodnih obaveza u ovoj oblasti, ali bi se i neposredno podsticao ruralni razvoj. Poblem odlučivanja pri korišćenju biomase u energetske svrhe Poređenje ekonomičnosti i uticaj na životnu sredinu, plodnost zemljišta pojedinih tehničko-tehnoloških rešenja u korišćenju biomase u energetske svrhe je složen zadatak, pošto na to utiču brojni činioci. U rešavanju ovog problema neophodan je multidisciplinarni pristup i korišćenje metode višekriterijumske optimizacije, a u cilju nalaženja najpovoljnijeg rešenja za date uslove. Ključne reči: biomasa, energija, sagorevanje, bio-gas, ugljenisanje, energetske biljke, plodnost zemljišta

166 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Duško Čučković *, Danijela Stanković Baričak **, Branimir Gudurić *** RAZVOJ MODELA RANGIRANJA ZDRAVSTVENIH USTANOVA NA TERITORIJI AP VOJVODINE REZIME: Definisanje i kontinuirano praćenje definisanih indikatora kvaliteta ima za cilj stvaranje pouzdane osnove za sprovođenje zahvata na unapređenju kvaliteta zdravstvene usluge, odnosno, zdravstvene ustanove. Evropski zdravstveni potrošački indeks je u poslednjim godinama veoma loše ocenio zdravstveni sistem Republike Srbije, što je nametnulo potrebu i želju za istraživanjem položaja zdravstvenih ustanova primarnog nivoa zdravstvene zaštite na teritoriji AP Vojvodine. Treba, pritom, imati u vidu, da iz nje potiče nekoliko ustanova koje su ocenjene kao najbolje u svojim kategorijama na osnovu republičkog / nacionalnog rangiranja). U radu su analizirani podaci dobijeni iz sekundarnih izvora (izveštaji) iz svih 45 domova zdravlja u AP Vojvodini, datih prema nacionalnim parametrima kvaliteta rada. Posebno je analizirano stanje za tri grupe parametara (odraslo stanovništvo, deca i zaštita žena) koje su prisutne kod svih ustanova u okviru sremskog okruga. Pokazalo se da direktno poređenje prema EHCI indeksu nije moguće, kao i da postoje velike varijacije kod analize procentualnih odnosa za pojedine kategorije i pojedine ustanove. Zaključeno je da je neophodna promena parametara kvaliteta koji bi ocenjivali rezultate, a ne sam proces rada zdrastvenih ustanova kao što je slučaj u dosadašnjoj praksi, kao i da je neophodno u rangiranje uključiti i privatni sektor (privatne zdravstvene ustanove). Za razvijanje modela potrebno je da se ti parametri vrednuju apsolutnim brojevima, koji bi omogućili statističku obradu, odnosno precizno rangiranje. Ključne reči: primarni nivo zdravstvene zaštite, rangiranje, kvalitet zdravstvene zaštite, EHCI, zdravstvena usluga. Key words: primary health care, ranking, health care quality, EHCI, health service. * Visoka škola strukovnih studija za menadžment i poslovne komunikacije, Sremski Karlovci, d.cuckovic@gmail.com ** Pokrajinski sekretarijat za zdravstvo, socijalnu politiku i demografiju, Novi Sad, danijela.stanovic-baricak@vojvodina.gov.rs *** ANKUV, Novi Sad, bguduric1@gmail.com 141

167 UVOD Evropski trendovi u oblasti zdravstvene zaštite, ubrzani tempo tehnološkog razvoja i brojni drugi ekonomski i neekonomski faktori, ali i domaće tendencije u oblasti zdravstvene zaštite nameću potrebu uspostavljanja efikasnih instrumenata praćenja, kontrole, upravljanja i uspostavljanja zadovoljavajućeg nivoa efikasnosti, efektivnosti i transparentnosti u radu zdravstvenih ustanova svih nivoa zdravstvene zaštite. Osnovna namera u ovom radu bila je da se izvrši rangiranje zdravstvenih ustanova na teritoriji AP Vojvodine, podeljenih prema nivoima zdravstvene zaštite uz primenu metodologije i indikatora Evropskog zdravstvenog potrošačkog indeksa (EHCI) i da se sagleda položaj primarne zdravstvene zaštite u AP Vojvodini. Analiza zdravstvenih ustanova primarnog nivoa zdravstvene zaštite na teritoriji AP Vojvodine opravdanje nalazi u reprezentativnom broju stanovnika, broju registrovanih zdravstvenih ustanova navedenog nivoa zdravstvene zaštite, kao i u nastojanju da se izdvoji region na koji je, na efikasan način, moguće primeniti potencijalno razvijeni model za rangiranje. Na teritoriji AP Vojvodine nalazi se Dom zdravlja Milorad Mika Pavlović iz Inđije, dobitnik priznanja Najbolji dom zdravlja u Republici Srbiji šest puta zaredom od do godine. Pri tome, navedeni dom zdravlja je i prva zdravstvena ustanova u Republici Srbiji sa akreditacijom na period od 7 godina i sa 93,18% ocena izvarendno 5, na osnovu definisanih standarda i kao takav predstavlja referentnu polaznu osnovu za poređenje u procesu razvoja modela. Imajući u vidu navedeno iskustvo i priznanja ovog doma zdravlja, pokušali smo da indikatore Evropskog zdravstvenog potrošačkog indeksa, primenimo na ovoj ustanovi primarnog nivoa zdravstvene zaštite i analiziramo njen bodovni skor. Uvidom u EHCI indeks ustanovili smo da se određeni indikatori, kao što su: zloupotreba osiguranja, uključivanje pacijenta u organizaciju zdravstvene zaštite, pravo na drugo mišljenje, registar savesnih lekara, omogućeno besplatno prekogranično traženje lekarske / medicinske pomoći, obezbeđivanje kataloga sa rangom ustanove po kvalitetu, prevencija skraćenja životnog veka, nedijagnostikovani dijabetes, unos šećera, farmakopeja prilagođena laicima, HPV vakcinacija i pristup novim lekovima (vreme uvođenja na pozitivnu listu) ne prate u Republici Srbiji i u tom smislu nije moguće izvršiti navedenu analizu. Iz navedenih razloga odlučili smo da sagledamo položaj ustanova primarnog nivoa na teritoriji AP Vojvodine, kroz dostupne pokazatelje kvaliteta rada koji se prate kroz Pravilnik o pokazateljima kvaliteta zdravstvene zaštite u Republici Srbiji, imajući u vidu da se na ovom nivou zdravstvene zaštite rešava preko 75% zdravstvenih potreba korisnika. Praćenje kvaliteta rada u zdravstvenim ustanova u Republici Srbiji počelo je godine, kada su definisani parametri za praćenje kvaliteta rada. Trenutno se praćenje kvaliteta zdravstvene zaštite u Republici Srbiji sprovodi kroz godišnji izveštaj o pokazateljima kvaliteta rada, koje dostavljaju sve zdravstvene ustanove iz mreže zdravstvenih ustanova Republike Srbije. Izveštaji se preko instituta i zavoda za javno zdravlje dostavljaju Institutu za javno zdravlje Srbije Dr Milan Jovanović Batut, dok su procesom akreditacije obuhvaćene samo pojedine zdravstvene ustanove. Rangiranje zdravstvenih ustanova u pogledu kvaliteta na teritoriji Republike Srbije, poslednji put je izvršeno godine. 142

168 USLOVI ZA RAZVOJ MODELA Prema Izveštaju Evropskog zdravstvenog potrošačkog indeksa (Euro Health Consumer Index EHCI)1, koji obuhvata rangiranje sistema zdravstvene zaštite u Evropi, Srbija dve godine zaredom zauzima poslednje mesto. Posebnu zabrinutost stvara podatak da je ukupan broj bodova sa kojim je ocenjen zdravstveni sistem u Republici Srbiji manji u 2013, nego u 2012.godini, dok su sve ostale zemlje zabeležile bolji skor u odnosu na prethodni period. Evidentni pad kvaliteta zdravstvene zaštite, nametnuo je potrebu za iznalaženjem rešenja i razvojem modela koji će doprineti unapređenju kvaliteta zdravstvene zaštite u Republici Srbiji. Zdravstveni sistem Republike Srbije je u toku navedenog rangiranja, a kada su u pitanju nedostajući parametri, ocenjen sa po 0 bodova, što predstavlja jedan od značajnijih razloga takvog rangiranja. Drugi veoma važan momenat koji je pri toj analizi uočen je da kod opisanog EHCI modela rangiranja uopšte nisu uzete u obzir privatne zdravstvene ustanove, jer je praćen kvalitet rada samo u zdravstvenim ustanovama iz Uredbe o planu mreže2. Zato je neophodno da buduća istraživanja uzmu u obzir i privatni sektor, uz poseban akcenat na javno-privatno partnerstvo (JPP) kao jedan od mogućih modela transformacije, odnosno, kao potencijalni način za prevazilaženje brojnih problema i način za stvaranje efikasnije infrastrukture u procesu pružanja usluga u primarnom nivou zdravstvene zaštite. Unapređenje kvaliteta rada zdravstvenih ustanova, odnosno zdravstvene zaštite, sastavni je deo rada zdravstvenih radnika i svih zaposlenih u sistemu zdravstvene zaštite i predstavlja kontinuirani proces čiji je cilj dostizanje višeg nivoa efikasnosti i efektivnosti, kao i veća satisfakcija pacijenata3. Kontinuiran i sveobuvatan rad na unapređenju kvaliteta zdravstvene zaštite započinje objavljivanjem Pravilnika o pokazateljima kvaliteta zdravstvene zaštite, koji se prate u svim zdravstvenim ustanovama4. U cilju dostizanja i povišenja nivoa kvaliteta rada i 1 Euro Health Consumer Index (EHCI), Evropski zdravstveni potrošački indeks predstavlja studiju evropskih zdravstvenih sistema. Indeks obuhvata perspektivu potrošača i pacijenta. EHCI, kao i 16 drugih Health Consumer Powerhouse indeksa, obezbeđuje realne provere za potrebe kreatora politike, za jačanje pozicije pacijenata i potrošača, kao i šansu za sve zainteresovane strane da istaknu slabe i jake aspekte zdravstvenog sistema. 2 Uredba o planu mreže, Službeni glasnik RS broj 107/05. Ovom uredbom utvrđuje se Plan mreže zdravstvenih ustanova broj, struktura, kapaciteti i prostorni raspored zdravstvenih ustanova u državnoj svojini i njihovih organizacionih jedinica po nivoima zdravstvene zaštite, organizacija službe hitne medicinske pomoći, kao i druga pitanja od značaja za organizaciju zdravstvene službe u Republici Srbiji. 3 Strategija za stalno unapređenje kvaliteta zdravstvene zaštite i bezbednosti pacijenata, Službeni glasnik RS broj 57/11. Strategijom za unapređenje kvaliteta zdravstvene zaštite i bezbednosti pacijenta teži se dostizanju najvišeg nivoa kvaliteta rada i bezbednosti pacijenata u Republici Srbiji. 4 Pravilnik o pokazateljima kvaliteta zdravstvene zaštite, Službeni glasnik RS broj 49/10. Pod pokazateljem kvaliteta podrazumeva se kvantitativan pokazatelj koji se koristi za praćenje i evaluaciju kvaliteta nege i lečenja pacijenata, kao i podrška aktivnostima zdravstvene zaštite. Pokazatelji kvaliteta obuhvataju i pokazatelje kvaliteta rada zdravstvenih ustanova, kao i pokazatelje kvaliteta koji se odnose na rad komisije za unapređenje kvaliteta rada, sticanje i obnovu znanja i veština zaposlenih, vođenje lista čekanja, bezbednost pacijenata, zadovoljstvo korisnika uslugama zdravstvene službe i zadovoljstvo zaposlenih. 143

169 bezbednosti pacijenata, Vlada Republike Srbije donela je Strategiju za unapređenje kvaliteta zdravstvene zaštite i bezbednosti pacijenata, kojom se definiše pet strateških ciljeva budućeg razvoja. Navedenom poboljšanju trebalo je da doprinese i osnivanje Agencije za akreditaciju zdravstvenih ustanova Srbije, koja je počela sa radom godine, kao još jedan korak ka unapređenju kvaliteta rada zdravstvenih ustanova i zdravstvene zaštite u Republici Srbiji. Proklamovana je neophodnost akreditacije sa stavom da se: Akreditacijom zdravstvenih ustanova postiže viši standard u obazbeđivanju zdravstvene zaštite kroz unapređenje kvaliteta pružanja zdravstvene zaštite i povećanje bezbednosti pacijenata i zdravstvenih radnika. Imajući u vidu navedene težnje, Pokrajinski sekretarijat za zdravstvo, socijalnu politiku i demografiju obratio se u januaru godine Agenciji za akreditaciju zdravstvenih ustanova Republike Srbije pismom u kome podržava sprovođenje procesa ocenjivanja kvaliteta rada zdravstvenih ustanova i u kom je izrazio spremnost da podstakne proces akreditacije zdravstvenih ustanova na području AP Vojvodine. MOGUĆNOST PRIMENE MODELA Zdravstvena zaštita je sve izloženija pritiscima u pravcu redukcije troškova, sa jedne strane, dok se sa druge strane očekuje pravovremeno obezbeđenje zdravstvenih usluga višeg kvaliteta. Unapređenje kvaliteta zdravstvene usluge, odnosno kvaliteta zdravstvene ustanove zahteva jasno definisan strategijski fokus, konzistentnost u donošenju odluka, profesionalizaciju u sistemu upravljanja zdravstvenim ustanovama i permanentno praćenje indikatora od značaja za kvalitet usluge i/ili zdravstvene ustanove. Razvoj modela za rangiranje zdravstvenih ustanova primarnog nivoa zdravstvene zaštite na teritoriji AP Vojvodine predstavlja pouzdanu osnovu za kontinuirano praćenje kvaliteta zdravstvenih ustanova i pruža mogućnost permanentnog prilagođavanja promenama u okruženju. Pri tome, poseban značaj u razumevanju konkurentske pozicije u sektoru zdravstva ima upravo evaluacija okruženja (Douglas, Ryman, 2003). U tom smislu, u uslovima koji karakterišu zdravstveni sistem u Republici Srbiji, struktura grane, a posebno odnos na relaciji Republički fond za zdravstveno osiguranje (RFZO) zdravstvena ustanova, zauzima posebno mesto u evaluaciji okruženja i zaslužuje analize koje prevazilaze okvire ovog rada. Razvijene zemlje (često i zemlje u razvoju), koje karakteriše povećanje udela privatnih zdravstvenih ustanova u zdravstvenom sistemu, prihvataju tržišne uslove i prepoznaju značaj određivanja konkurentske pozicije državnih i privatnih zdravstvenih ustanova, odnosno, razvijaju modele rangiranja i stalnog praćenja kvaliteta zdravstvene usluge. Pri tome, treba imati u vidu da u zdravstvenom sistemu, a posebno u primarnom nivou zdravstvene zaštite ne postoji jedan pravi model za organizovanje, finansiranje i samo pružanje zdravstvenih usluga jer različiti modeli imaju različite prednosti i mane (Hutchison, 2011). Važno je, takođe, napomenuti i da povećanje broja primarnih zdravstvenih ustanova ne znači nužno i povećanje kvaliteta, kao ni veću dostupnost zdravstvene usluge (Starfield, et al. 2005) 144

170 Osnovno opredeljenje u ovom radu odnosi se na ukazivanje na značaj razvoja modela za rangiranje zdravstvenih ustanova primarnog nivoa zdravstvene zaštite kao osnove za sve dalje aktivnosti u pravcu praćenja kvaliteta i sprovođenja mera na unapređenju kvaliteta pružanja zdravstvene usluge. U tom smislu, iako u ovom radu težište nije na definisanju potencijalnih modela transformacije zdravstvenog sistema, buduća istraživanja treba da uzmu u obzir javno-privatno partnerstvo (JPP) kao jedan od mogućih modela transformacije, odnosno, kao potencijalni način za prevazilaženje brojnih problema i način za stvaranje efikasnije infrastrukture u procesu pružanja usluga u primarnom nivou zdravstvene zaštite. Pozitivna praksa razvijenih zemalja upućuje na zaključak da JPP u velikoj meri doprinose, pre svega, bržem razvoju infrastrukture i javnih usluga, kao i stvaranju mogućnosti za efikasnu i transparentnu transformaciju u javnom sektoru. Javno-privatno partnerstvo može imati dva oblika: 1. jednostavno ugovorno partnerstvo, kod koga je privatni sektor uključen u projektovanje, finansiranje i upravljanje uslugom ili 2. institucionalno JPP, kod koga se osniva novo pravno lice, u zajedničkom vlasništvu dvaju partnera (Zelena knjiga 2004). Saradnja javnih i privatnih partnera u ovom drugom slučaju je čvršća. Stepen uključenosti privatnog sektora srazmeran je stepenu rizika privatnog sektora. Oblici JPP variraju od običnih ugovora o projektovanju i izgradnji, preko tzv. modela design-build-operate-transfer (projektujizgradi-koristi-predaj), pa sve do složenih ugovora o koncesiji (Peteri, 2010). Zbog velikog značaja javno-privatnog partnerstva, Evropska unija je donela četiri smernice kojima se reguliše JPP, i to tri (tzv.) klasične smernice: Works Directive (93/27/EEC), Supplies Directive (93/36/EEC), Services Directive (92/50/EEC), kao i Utilities Directive (93/38/ EEC), kao i Smernice za uspešna JPP (2003. godine) (Guidelines for Successful Public- Private Partnerships), a godine Zelenu knjigu5 o JPP (Green Paper: Public-Private Partnterships and Community Law on Public Contracts and Concessions). CILJ ISTRAŽIVANJA Cilj ovog rada je da se na osnovu dostupnih parametara Instituta za javno zdravlje Vojvodine i zavoda za javno zdravlje sa teritorije AP Vojvodine, izvši analiza parametara za praćenje kvaliteta rada i stvori osnova za razvoj modela za rangiranje zdravstvenih ustanova primarnog nivoa zdravstvene zaštite na teritoriji AP Vojvodine. 5 Zelena knjiga (Green Paper) analizira fenomen partnerstva uzimajući u obzir pravo Evropske unije iz područja javnih nabavki i koncesija. Cilj Zelene knjige je da se otvori rasprava o tome da li je na nivou Evropske unije potrebno intervenisati kako bi se osiguralo da privredni subjekti država članica imaju bolji pristup različitim oblicima javno-privatnih partnerstava u tržišnim uslovima. U tu svrhu, opisana su različita pravila i načela koja proizlaze iz prava Evropske unije o javnim ugovorima i koncesijama, a koja se primjenjuju pri izboru privatnog partnera. Zelena knjiga postavlja niz pitanja o postojećoj praksi i uočenim problemima u državama članicama, kako bi se procenilo da li su u dovoljnoj meri jasna i prikladna za javno-privatna partnerstva. 145

171 METOD Podaci za istraživanje dobijeni su iz sekundarnih izvora. Istraživanjem je obuhvaćeno svih 45 domova zdravlja na teritoriji AP Vojvodine, pri čemu su obrađivane vrednosti parametara za praćenje kvaliteta u tri grupe: 1. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi opšte medicine, 2. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine i 3. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu žena. Ove tri grupe pokazatelja prisutne su u svim pomenutim ustanovama primarne zdravstvene zaštite pa je moguće međusobo upoređivanje i rangiranje svake analizirane zdravstvene ustanove. Svaka grupa komponovana je iz sledećih pokazatelja: 1. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi opšte medicine 1.1. Procenat registrovanih korisnika koji su iz bilo kog razloga posetili svog izabranog lekara, 1.2. Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog lekara, 1.3. Odnos broja uputa izdatih za specijalističko-konsultativni pregled i ukupnog broja poseta lekaru, 1.4. Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta lekaru, 1.5. Obuhvat registrovanih korisnika starijih od 65 godina vakcinacijom protiv sezonskog gripa, 1.6. Procenat obolelih od povišenog krvnog pritiska kod kojih je na poslednjem kontrolnom pregledu, vrednost krvnog pritiska bila niža od 140/90, 1.7. Procenat obolelih od šećerne bolesti koji su upućeni na pregled očnog dna, 1.8. Procenat obolelih od šećerne bolesti kod kojih je bar jedenom određena vrednost glikoliziranog hemoglobina, 1.9. Procenat registrovanih korisnika u čiji je zdravstveni karton ubeležena vrednost krvnog pritiska, indeks telesne mase ITM, pušački status i preporučeni saveti za zdravo ponašanje, Procenat registrovanih korisnika starijih od 50 godina kojima je urađen test na krvarenje u stolici (hemokult test), Procenat epizoda sa tonzilofaringitisom kod kojih je kao prva terapija ordinirana terapija penicilinom. 2. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine 2.1. Procenat registrovanih korisnika koji su iz bilo kog razloga posetili svog izabranog lekara, 2.2. Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog lekara, 2.3. Odnos broja uputa izdatih za specijalističko-konsultativni pregled i ukupnog broja poseta lekaru, 2.4. Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta lekaru, 2.5. Procenat epizoda sa akutnim infekcijama gornjih disajnih puteva kod kojih je pri prvom pregledu propisan antibiotik, 146

172 2.6. Procenat epizoda svih oboljenja kod dece lečenih antibioticima u kojima je ordinirana ampulirana terapija, 2.7. Procenat predgojazne / gojazne dece u čiji je zdravstveni karton ubeležen status uhranjenosti i dat savet o pravilnoj ishrani, 2.8. Obuhvat dece u 15. godini života kompletnom imunizacijom. 3. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu žena 3.1. Procenat registrovanih korisnica koje su iz bilo kog razloga posetile svog izabranog ginekologa, 3.2. Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog ginekologa, 3.3. Odnos broja uputa izdatih za specijalističko-konsultativni pregled i ukupnog broja poseta ginekologu, 3.4. Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta ginekologu, 3.5. Procenat korisnica od 25 do 69 godina starosti obuhvaćenih ciljanim pregledom radi ranog otkrivanja raka grlića materice, 3.6. Procenat korisnica od 45 do 69 godina starosti koje su upućene na mamografiju od bilo kog izabranog ginekologa u poslednjih 12 meseci. REZULTATI U tabelama u nastavku prikazane su sve ustanove primarnog nivoa zdravstvene zaštite na teritoriji AP Vojvodine, predstavljene relativnim brojevima, da bi se lakše videlo njihovo mesto rangiranja za ceo region. Bodovno vrednovanje parametara, tj. odnos koji je primenio EHCI ovde se pokazao kao neadekvatan zbog nepostojanja većine parametara, pri čemu je evidentno postojanje velikih razlika kada se apsolutne vrednosti uzmu u obzir. Iz navedenog razloga odlučeno je da se analiza bazira na realativnim brojevima (procentima), uzimajući vrednost procenata kao mesto rangiranja. Za detaljnu analizu obrađeni su sekundarni podaci, a zatim je izvršeno rangiranje domova zdravlja sa teritorije Sremskog okruga kao reprezentativnog modela. Ovaj pristup nije bez slabosti, međutim u važećim uslovima, navedeni parametri su jedini dostupni pokazatelji kojima se prati kvalitet primarnog nivoa zdravstvene zaštite. Sremski okrug je izabran jer se na njemu nalazi najveći broj domova zdravlja koji su dobitnici nagrade za kvalitet Najbolji dom zdravlja u Republici Srbiji (Dom zdravlja Pećinci, Dom zdravlja Stara Pazova, Dom zdravlja Inđija). 147

173 Tabela 1. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu odraslog stanovništva na teritoriji AP Vojvodine Naziv pokazatelja Procenat registrovanih korisnika koji su iz bilo kog razloga posetili svog izabranog lekara Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog lekara Odnos broja uputa izdatih za specijalist. konsultativni pregled i ukupnog broja poseta lekaru Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta lekaru Obuhvat registrovanih korisnika starijih od 65 godina vakcinacijom protiv sezonskog gripa Procenat obolelih od povišenog krvnog pritiska kod kojih je na poslednjem kontrolnom pregledu vrednost krvnog pritiska bila niža od 140/90 Procenat obolelih od šećerne bolesti (E10-E14) koji su upućeni na pregled očnog dna Procenat obolelih od šećerne bolesti kod kojih je bar jednom određena vrednost glikoliziranog hemoglobina (HbA1c) Procenat reg. korisnika u čiji je zdravstveni karton ubeležena vrednost krvnog pritiska, indeks telesne mase ITM, pušački status i preporučeni saveti za zdravo ponašanje Procenat reg. korisnika starijih od 50 godina kojima je urađen test na krvarenje u stolici (hemokult test) Procenat epizoda sa tonzilofaringitisom (J02, J03) kod kojih je kao prva terapija ordinirana terapija penicilinom Dom zdravlja % % % % % % % % % % % Plandište 82,98 2,21 11,46 2,54 26,41 24,16 29,9 68,22 56,9 1,51 39,9 Pančevo 90,02 1,14 26,32 4,09 12, ,81 44,16 23,1 14,67 44,24 Opovo 77,97 1,81 14,43 3,53 5,52 25,54 27,19 67,54 29,73 8,16 53,89 Kovin 93,09 1,48 8,56 9,03 18,06 22,2 45,9 97,63 10,21 10,19 14,57 Kovačica 91,12 1,3 13,85 3,22 11,06 64,1 22,13 24,18 27,3 3,64 3,42 Vršac 80,02 0,3 10,74 5,79 24,83 43,04 39,84 59,48 11,67 17,49 42,62 Bela Crkva 94,3 1,69 15,15 4,08 13,03 47,99 14,6 34,75 6,88 1,88 3,3 Alibunar 96,85 2,29 21,42 1,92 10,96 87,16 24,6 77,49 4,63 m 48,4 Žitište 61 1,6 21,3 2,3 22,3 72,8 79, , ,1 Zrenjanin 97,6 1,4 5,7 2,4 13,2 45,8 62,7 66,2 82 4,8 5,5 Srpska Crnja 100 0,7 8,3 2,7 42,1 83,2 28,8 67,7 45, Novi Bečej 84 1, ,6 46, , ,5 Sečanj 83,8 0,9 5,6 2,4 20, ,2 73,3 44,4 6,7 75,2 Bač 95,73 1,08 8,61 3,46 16,99 33,76 19,89 45,6 45,47 2,02 2,71 B. Palanka 73,64 1,17 17,96 3,87 14,21 27,68 31,88 37,44 13,67 2,86 33,49 148

174 B. Petrovac 87,02 0,47 19,6 3,17 12,75 13,32 8,49 27,95 8,82 2,44 73,34 Beočin 68,99 0,86 39,48 2,84 11,04 41,51 67,43 43,85 29,66 6,69 18,75 Bečej 82,17 1,84 2,84 3,4 5,93 65,38 20,22 30,01 34,14 2,81 64,3 Vrbas 79,82 1,9 24,03 2D5 13,99 73,84 28,52 81,53 1,82 1,51 38,39 Žabalj 91,68 0,92 49,36 1,11 61,87 72,36 27,89 34,64 45,89 0,56 2,9 Novi Sad 66,88 1,33 27,1 2,58 14,03 32,53 34,32-30,65 8,27 15,38 Srbobran 67,14 1,34 38,14 2,96 11,43 66,32 88,26 59,77 32, ,31 Temerin 80 0,93 11,31 2,28 8,06 53,99 64,95 59,32 65,7 3,67 49,69 Titel 73,67 1, ,08 15,19 57,01 21,42 28,6 16,22 1,18 9,6 ZZZ stud. NS 54,39 0,7 48,58 18,61-94,12 95,59 34,99 10, Mali Iđoš 90,3 1,84 15, ,4 65,73 14,4 17,6 19,63 0,15 58,43 B. Topola 72,8 3,42 18,08 3,4 15,93 92,95 32,1 70,7 72,84 4,48 59,59 Subotica 85,1 1,17 23,13 2,6 10,57 70,74 33,2 59,8 11,47 1,34 67,12 Ada 54,57 0,22 22,51 2,33 10,88 61,62 70, ,75 6,75 49,28 Kanjiža 87,35 1,41 11,61 4,01 11, ,04 75, ,79 29,31 Novi Kneževac 91,4 0,93 15,91 1,93 11,28 75,39 23,32 59,87 10,21 2,34 4,48 Senta 90,06 0,57 19,49 1,87 14, ,09 65,62 4,36 0,96 50,27 Čoka 90,6 0,57 19,49 1,87 14, ,09 65,62 4,36 0,96 50,27 Kikinda 71,2 0,43 28,41 2,52 36,75 27,39 46,01 77, D7 15 Inđija 80,22 1,48 7,45 7,79 17,74 80,37 38,35 58,65 50,34 9,64 38,7 Irig 13,83 0,06 9,68 2,95 11,55 11,69 24,63 17,2 38,51 71,77 51,52 Pećinci 86, ,14 9,42 15,94 48,72 92,99 17,99 29,1 17,17 31,2 Ruma 74,35 0,46 22,37 10,58 18,77 60,19 71,1 95,47 75,57 7,24 12,5 Sr. Mitrovica 64,19 1,14 7,92 8,39 15,4 35,22 75,86 32,44 78,2 17,36 9,64 Stara Pazova 73, ,58 4,3 18,28 47,45 42,29 91,18 44,76 7,78 50,9 Šid 90,9 1,87 16,88 7,15 13,34 48,18 36,18 90,16 99,89 6,08 31,48 Apatin 65 1,23 31,74 3,48 26,09 12,58 0,93 70,18 58,16 1,7 2,57 Kula 58,38 1,12 18,72 2,63 8,86 22,73 82,65 60,27 62,8 0,24 59,65 Odžaci 87 3,21 23,5 5,34 31,26 79,27 56,04 38,57 15,71 4,71 8,17 Sombor 79,21 1,12 15,29 2,84 14,18 43,39 36,27 30,44 20,05 1,06 32,81 149

175 Tabela 2. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine na teritoriji AP Vojvodine Naziv pokazatelja Procenat registrovanih korisnika koji su iz bilo kog razloga posetili svog izabranog lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Odnos broja uputa izdatih za specijalist. konsultativni pregled i ukupnog broja poseta lekaru u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta lekaru u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Procenat epizoda sa akutnim infekcijama gornjih disajnih puteva kod kojih je pri prvom pregledu propisan antibiotik u službi za zdr. zaštitu dece i omladine Procenat epizoda svih oboljenja kod dece lečenih antibioticima u kojim je ordinirana ampulirana terapija u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Procenat predgojazne/gojazne dece u čiji je zdravstveni karton ubeležen status uhranjenosti i dat savet o pravilioj ishrani Obuhvat dece u 15. godini života kompletnom imunizacijom u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Dom zdravlja % % % % % % % % Plandište 79,98 0,34 8,65 21,29 31,52 17, Pančevo 68,42 0,36 14,94 16,87 72,19 2, ,15 Opovo 81,68 0,67 5,93 18,01 47,53 3, Kovin 79,54 0,5 10,01 19,09 62,62 10, ,77 Kovačica 95,9 0,5 22,87 15,69 78,41 23,9 87, Vršac 90,87 0,2 7,96 26,93 32,87 5, ,93 Bela Crkva 87,94 0,85 8,78 13,08 71,9 3, ,09 Alibunar 98,03 0,53 14,1 14,88 69,87 11,53 80, Žitište 92 0,7 8, ,3 0, ,6 Zrenjanin 71,4 0,5 13,2 21,8 32, ,2 Srpska Crnja 100 0,7 3, ,1 17,6 91,1 100 Novi Bečej 81 0,4 6,8 15,5 37,8 25, Sečanj 95,3 0,5 4,8 9,4 77,3 6, Bač 83,18 0,32 3,6 20,95 73,58 1, ,21 B. Palanka 92,16 0,49 6,52 19,08 27,05 2, ,64 150

176 B. Petrovac 80,88 0,64 29,78 7,3 79, Beočin 92,55 0,51 7,95 22,32 53,33 0, Bečej 92,52 0,49 10,64 20,53 74,43 0,61 91,79 0 Vrbas 92,27 0,44 11,37 19,61 61,15 3, ,78 Žabalj 92,73 0,42 96,22 57,99 9,17 1, ,91 Novi Sad 99,44 0,47 9,44 19,44 35,43 0, Srbobran 87,01 0,68 10,84 17,34 34,44 0, Temerin 85,8 0,3 12,66 18,06 31,96 5, Titel 93,27 0,91 10,88 15, , ZZZ stud. NS Mali Iđoš 68,4 0,31 6,38 24,3 90,21 14, B. Topola 100 0,55 9,19 21,1 34,58 3, ,84 Subotica 37,5 0,37 15,45 21,5 30,98 1, Ada 89,74 0,2 11,63 26,82 92,08 2, Kanjiža 63,27 0,34 6,16 17, , ,71 Novi Kneževac 89,36 0,35 2,99 17,84 37,3 25,88 62,2 85,45 Senta 100 0,08 22,75 45,74 81,07 6, Čoka 100 0,57 14,06 26,91 65,99 4, Kikinda 99,68 0,52 14,76 14,34 65,43 21, Inđija 91,94 0,36 3,49 25,19 56,7 1, Irig 94,66 0,68 11,95 11,09 33,79 0, Pećinci 76,62 0,55 6,68 18,34 54,42 1, Ruma 68,05 0,32 6,61 19,9 41,34 4, ,09 Sr. Mitrovica 86,59 0,32 5,56 17,57 49,5 6, ,97 Stara Pazova 77,84 0,26 6,41 23,66 52,25 12,64 99,19 95,13 Šid 98,81 0,4 5,42 21,01 77,17 6, ,67 Apatin 88,01 0,55 34,76 15,31 29,71 34,15 73,71 95,65 Kula 95,42 0,28 10,05 14,16 73,68 22, Odžaci 87,34 0,6 15,69 12,26 53,73 9, Sombor 69,19 0,44 9,93 15,46 31,36 10,01 53,

177 Tabela 3. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu žena na teritoriji AP Vojvodine Naziv pokazatelja Procenat registrovanih korisnica koje su iz bilo kog razloga posetile svog izabranog ginekologa Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog ginekologa Odnos broja uputa izdatih za specijalistički konsultativni pregled i ukupnog broja poseta ginekologu Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta ginekologu Procenat korisnica od 25 do 69 godina starosti obuhvaćenih ciljanim pregledom radi ranog otkrivanje raka grlića materice Procenat korisnica od 45 do 69 godina starosti koje su upućene na mamograf kod bilo kog izabranog ginekologa u poslednjnh 12 meseci Dom zdravlja % % % % % % Plandište 50,38 0,58 5,74 14,99 8,66 5,49 Pančevo 77,5 1,91 2,86 36,77 17,14 1,43 Opovo 56,91 3,06 11,16 56,03 5,16 25,75 Kovin 72,65 0,35 1,69 29,06 21,8 37,03 Kovačica 91,98 1,41 8,51 45,75 37,01 13,03 Vršac 92,16 0,32 2,91 68,95 12,22 0,95 Bela Crkva 94,22 0,65 11,74 32,69 14,77 14,96 Alibunar 98,98 2,32 11,42 38, ,61 Žitište Zrenjanin 90 0,9 3,6 39,6 16,3 6,7 Srpska Crnja 98,5 0,5 1,7 40,2 75,1 3,5 Novi Bečej 90,8 0,5 2,7 38,5 13,8 8,7 Sečanj 100 0,8 7 19,5 32,3 13,2 Bač 57,76 0,4 1,86 63,59 19,47 38,79 B. Palanka 87,31 0,69 8,2 36,62 15,99 8,94 B. Petrovac 72,73 0,86 6,66 45,32 27,31 7,94 Beočin 97,42 2,44 9,36 39, ,93 Bečej 85,08 0,71 5,44 52,44 11,41 26,96 Vrbas 31,04 0,74 14,31 30,36 11,8 21,76 152

178 Žabalj 47,89 0,82 57,06 59,34 29,71 23,99 Novi Sad 51, ,24 43,67 35,92 24,12 Srbobran 77,45 0,29 3,8 77,54 61,48 49,27 Temerin 46,38 0,42 30,89 50,25 2,03 11,31 Titel 44,58 2,17 19,43 84,84 64,35 22,88 ZZZ stud. Novi Sad 59,2 0,29 12,82 66,3 - - Mali Iđoš 74,3 0,84 11,49 28,9 52,61 2,4 B. Topola 34,3 0,35 5,53 33,9 2,22 2,83 Subotica 50,02 0,87 6,91 19,4 5,83 1,57 Ada 28,78 0,43 21,44 30,62 30,62 23,75 Kanjiža 66,9 1,43 9,97 42,21 21,4 10,01 Novi Kneževac 59,85 0,42 13,43 65,35 8,14 25,42 Senta 90,96 0,15 34,27 59,86 16,63 0,68 Čoka 59,19 1,07 14,81 40,74 93,33 20,57 Kikinda 52,5 0,58 21,38 52,68 35,52 0,48 Inđija 56,6 1,804 9,496 49,967 19,114 23,02 Irig 33,78 1,69 5, ,2 23,29 Pećinci 53,06 0,64 6,71 39,16 80,75 43,82 Ruma 47,06 0,37 13,86 35,73 31,06 35,48 Sremska Mitrovica 47,02 0,69 1,26 32,59 6,74 2,23 Stara Pazova 73,7 0,71 2,5 37,33 23,06 2,87 Šid 41,86 0,52 2,23 47,04 23,3 4,3 Apatin 35,61 0,66 66,99 56,08 10,42 3,62 Kula 44,46 0,69 5,17 51,9 19,33 1,54 Odžaci 85 0,58 6,76 39,79 30,14 8,39 Sombor 86 0,64 6,04 55,02 24,71 61,59 153

179 POKAZATELJI KVALITETA RADA IZABRANIH LEKARA U SREMSKOM OKRUGU Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu odraslog stanovništva Na osnovu pokazatelja kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu odraslog stanovništva u domovima zdravlja na teritoriji Sremskog okrugu (Tabela 4), uočeno je da je najveći procenat registrovanih korisnika koji je posetio izabranog lekara (iz bilo kog razloga) bio u Domu zdravlja Šid 90,90%, a najmanji procenat korisnika je u Domu zdravlja Irig 13,83%. Prosečna vrednost ovog pokazatelja za Sremski okrug iznosi 68,95%, što ukazuje da gravitirajuća populacija Doma zdravlja Irig manje koristi zdravstvenu zaštitu od ostalih građana Srema i da razloge treba tražiti u manjoj dostupnosti, uz napomenu da ovaj dom zdravlja nema specijalističko konsultativnu službu i da se zdravstvene potrebe realizuju možda u privatnom sektoru. Ostali domovi zdravlja imaju vrednost navedenog pokazatelja oko prosečne vrednosti. Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog lekara najveći je u Domu Šid 1,87, a najmanji 0,06 u Domu Irig. Prosečna vrednost ovog pokazatelja za Sremski okrug iznosi 1,16, što ukazuje da gravitirajuća populacija Doma zdravlja Irig ređe dolazi na ponovne preglede u odnosu na ostale građana Srema, što u kontekstu sa prethodnim pokazateljem (procenat registrovanih korisnika koji je posetio izabranog lekara iz bilo kog razloga) ukazuje na ređe korišćenje zdravstvene zaštite ili da se zdravstvene usluge realizuju u privatnoj praksi. Ostali domovi zdravlja imaju vrednost ovog pokazatelja oko prosečne vrednosti, osim doma zdravlja Ruma gde je odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog lekara 0,46. Najveći broj uputa izdatih za specijalističko-konsultativni pregled u odnosu na broj poseta lekaru je u Domu Ruma i to 22,37, dok Dom zdravlja Stara Pazova ima najmanji odnos 6,58, što znači da lekari ove zdravstvene ustanove veći deo problema pacijenata rešavaju na primarnom nivou. Prosečna vrednost ovog pokazatelja za Sremski okrug iznosi 12,43 i ostali domovi zdravlja imaju vrednost ovog pokazatelja oko prosečne vrednosti, osim doma zdravlja Inđija gde je vrednost ovog pokazatelja 7,46 što govori da lekari ove ustanove samostalno rešavaju najveći broj zdravstvenih problema pacijenata. Najveći procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta lekaru u godini ostvaren je u Domu Ruma (10,58%), a najmanji procenat ovih pregleda u Domu zdravlja Irig sa 2,95%. Na nivou Sremskog okruga procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda iznosi 7,23%. Ostali domovi zdravlja imaju vrednost ovog pokazatelja oko prosečne vrednosti. Najviši obuhvat registrovanih korisnika starijih od 65 godina vakcinacijom protiv sezonskog gripa registrovan je u Domu zdravlja Ruma (18,77%) i Domu zdravlja Stara Pazova (18,28%), a najniži u Domu Irig (11,55%). Procenat obolelih od povišenog krvnog pritiska (I10-I15) kod kojih je na poslednjem kontrolnom pregledu, vrednost krvnog pritiska bila niža od 140/90 najveći je bio u Domu zdravlja Inđija i to 80,37%, a najmanji u Domu zdravlja Irig 11,69%. Prose- 154

180 Tabela 4. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu odraslog stanovništva na teritoriji Sremskog okruga Naziv pokazatelja Procenat registrovanih korisnika koji su iz bilo kog razloga posetili svog izabranog lekara Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog lekara Odnos broja uputa izdatih za specijalističko-konsultativni pregled i ukupnog broja poseta lekaru Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta lekaru Obuhvat registrovanih korisnika starijih od 65 godina vakcinacijom protiv sezonskog gripa Procenat obolelih od povišenog krvnog pritiska (I10-I15) kod kojih je na poslednjem kontrolnom pregledu vrednost krvnog pritiska bila niža od 140/90 Procenat obolelih od šećerne bolesti (E10-E14) koji su upućeni na pregled očnog dna Procenat obolelih od šećerne bolesti (E10-E14) kod kojih je bar jednom određena vrednost glikoliziranog hemoglobina (HbA1c) Procenat registrovanoh korisnika u čiji je zdravstveni karton ubeležena vrednost krvnog pritiska, indeks telesne mase IGM, pušački status i preporučeni saveti za zdravo ponašanje Procenat registrovanih korisnika starijih od 50 godina kojima je urađen test na krvarenje u stolici (hemokult test) Procenat epizoda sa tonzilofaringitisom (J02, J03) kod kojih je kao prva terapija ordinirana terapija penicilinom Rang DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % 1. ŠI* 90,9 ŠI 1,87 RU 22,37 RU 10,58 RU 18,77 IN 80,37 PE 92,99 RU 95,47 ŠI 99,89 IR 71,77 IR 51,52 2. PE 86,15 PE 1,75 ŠI 16,88 PE 9,42 SP 18,28 RU 60,19 SM 75,86 SP 91,18 SM 78,2 SM 17,36 SP 50,9 3. IN 80,22 IN 1,48 PE 16,14 SM 8,39 IN 17,74 PE 48,72 RU 71,1 ŠI 90,16 RU 75,57 PE 17,17 IN 38,7 4. RU 74,35 SP 1,33 IR 9,68 IN 7,79 PE 15,94 ŠI 48,18 SP 42,29 IN 58,65 IN 50,34 IN 9,64 ŠI 31,48 5. SP 73,23 SM 1,14 SM 7,92 ŠI 7,15 SM 15,4 SP 47,45 IN 38,35 SM 32,44 SP 44,76 SP 7,78 PE 31,2 6. SM 64,19 RU 0,46 IN 7,45 SP 4,3 ŠI 13,34 SM 35,22 ŠI 36,18 PE 17,99 IR 38,51 RU 7,24 RU 12,5 7. IR 13,83 IR 0,06 SP 6,58 IR 2,95 IR 11,55 IR 11,69 IR 24,63 IR 17,2 PE 29,1 ŠI 6,08 SM 9,64 IN Inđija; IR Irig; PE Pećinci; RU Ruma; SM Sremska Mitrovica; SP Stara Pazova; ŠI Šid 155

181 čna vrednost ovog pokazatelja na nivou Sremskog okruga iznosi 47,40%. Dom zdravlja Pećinci je ustanova koja je imala najveći procenat obolelih od šećerne bolesti (E10-E14) koji su upućeni na pregled očnog dna, 93%. Najmanji procenat imao je Dom zdravlja Irig, 24,63%. Procenat obolelih od šećerne bolesti (E10-E14 kod kojih je bar jednom određena vrednost glikoliziranog hemoglobina (HbA1c) kretao se od 17,20% u Domu zdravlja Irig do 95,47% u Domu zdravlja Ruma. Procenat registrovanih korisnika starijih od 50 godina kojima je urađen test na krvarenje u stolici (hemokult test) kretao se od 6,08% u Domu zdravlja Šid do 71,77 u Domu zdravlja Irig. Na nivou Sremskog okruga procenat ovih pacijenata iznosi 19,58. Penicilin je kao prva terapija tonzilofaringitisa (J02, J03) najčešće primenjivan u Domu zdravlja Irig (51,52%), a najređe u Domu zdravlja Sremska Mitrovica (9,64%). Iz prethodno navedenih parameta jasno je da je neophodno povećati broj aktivnosti koje se odnose na preventivni rad, što bi u narednom periodu trebalo da dovede do većeg procenta preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Procenat registrovanih korisnika koji su iz bilo kog razloga posećivali svog izabranog lekara je najveći u Domu zdravlja Šid (98,81%), Irig (99,16%) i Inđija (92%), dok su svog izabranog lekara najmanje posećivali korisnici zdravstvene zaštite u opštini Ruma (68%), dok su ostali domovi zdravlja bili oko proseka za Sremski okrug koji iznosi 84,93%. Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog lekara u Sremu iznosi 0,41, pri čemu je u Domu zdravlja Irig taj odnos najveći i iznosi 0,68, a najmanji u Staroj Pazovi 0,26. Prosečna vrednost navedenog parametra za Sremski okrug iznosi 0,41. Posmatrajući odnos broja datih specijalističko-konsultativnih uputa u odnosu na ukupan broj poseta lekaru, Dom zdravlja Irig ima najveći odnos 11,95 što je znatno više u odnosu na ostale domove zdravlja. Ovaj odnos najmanji je u Domu zdravlja Inđija i iznosi 3,49. Posmatrajući ceo Sremski okrug ovaj odnos je 6,59. Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta lekaru u Sremskom okrugu iznosi 19,54%. Najmanji procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta lekaru je 11,09% u Domu zdravlja Irig, a najveći 25,19% u Domu zdravlja Inđija i Domu zdravlja Stara Pazova 22,66%. Procenat epizoda sa akutnim infekcijama gornjih disajnih puteva kod kojih je pri prvom pregledu prepisan antibiotik je najveći u Domu zdravlja Šid (77,17%). Najmanji u Domu zdravlja Irig (33,79%) i Domu zdravlja Ruma (41,34%). Procenat epizoda sa akutnim infekcijama gornjih disajnih puteva kod kojih je pri prvom pregledu prepisan antibiotik za Sremski okrug iznosi 52,17%. Pokazatelji kvaliteta koji se prate u oblasti zdravstvene delatnosti koju obavljaju izabrani lekari u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine, kao i njihove vrednosti po domovima zdravlja i ukupno za Sremski okrug, prikazani su u Tabeli

182 Tabela 5. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine na teritoriji Sremskog okruga Naziv pokazatelja Procenat registrovanih korisnika koji su iz bilo kog razloga posetili svog izabranog lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Odnos broja uputa izdatih za specijalističko-konsultativni pregled i ukupnog broja poseta lekaru u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta kod lekara u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Procenat epizoda sa akutnim infekcijama gornjih disajnih puteva (J00-J06) kod kojih je pri prvom pregledu propisan antibiotik u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Procenat oboljenja kod dece lečenih antibioticima u kojim je ordinirana ampulirana terapija u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Procenat predgojazne/gojazne dece u čiji je zdravstveni karton ubeležen status uhranjenosti i dat savet o pravilnoj ishrani Obuhvat dece u 15. godini života kompletnom imunizacijom u službi za zdravstvenu zaštitu dece i omladine Rang DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % 1. ŠI 98,81 IR 0,68 IR 11,95 IN 25,19 ŠI 77,17 SP 12,64 IN 100 IN IR 94,66 PE 0,55 PE 6,68 SP 23,66 IN 56,7 SM 6,95 IR 100 IR IN 91,94 ŠI 0,4 RU 6,61 ŠI 21,01 PE 54,42 ŠI 6,73 PE 100 PE SM 86,59 IN 0,36 SP 6,41 RU 19,9 SP 52,25 RU 4,19 RU 100 ŠI 99,67 5. SP 77,84 SM 0,32 SM 5,56 PE 18,34 SM 49,5 PE 1,66 SM 100 RU 99,09 6. PE 76,62 RU 0,32 ŠI 5,42 SM 17,57 RU 41,34 IN 1,15 ŠI 100 SM 98,97 7. RU 68,05 SP 0,26 IN 3,49 IR 11,09 IR 33,79 IR 0,33 SP 99,19 SP 95,13 IN Inđija; IR Irig; PE Pećinci; RU Ruma; SM Sremska Mitrovica; SP Stara Pazova; ŠI Šid 157

183 U svim domovima zdravlja zabeležen je visok obuhvat dece u 15-toj godini kompletnom imunizacijom, od 95% do 100%. Za područje Sremskog okruga vrednost ovog pokazatelja iznosi 98,97%, čak tri doma zdravlja (Inđija, Irig, Pećinci) imaju obuhvat dece u 15-toj godini kompletnom imunizacijom 100%. Procenat predgojazne/gojazne dece u čiji je zdravstveni karton ubeležen status uhranjenosti i dat savet o pravilnoj ishrani za sve domove zdravlja u Sremu iznosi 100%, osim Doma zdravlja Stara Pazova gde je ovaj pokazatelj 99,19%. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu žena Na teritoriji Sremskog okruga procenat korisnica zdravstvene zaštite koje su se obratile iz bilo kog razloga svom izabranom ginekologu je 50,44%. Najveći broj poseta kod ginekologa je u Domu zdravlja Stara Pazova 73,70%, a najmanji u Domu zdravlja Irig (33,78%). Prosečna vrednost navedenog parametra za Sremski okrug iznosi 50,44% i ostali domovi zdravlja imaju vrednost ovog pokazatelja oko prosečne vrednosti za Sremski okrug. Odnos broja prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog ginekologa, najviši je u Domu zdravja Inđija 1,80. U Domu zdravlja Ruma ovaj odnos je najniži, 0,37. Prosečna vrednost odnosa broja prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog ginekologa za Sremski okrug iznosi 0,92. Najveći broj izdatih uputa za specijalističko-konsultativne preglede od strane izabranog ginekologa i ukupnog broja poseta ginekologu zabeležen je u Domu zdravlja Ruma (13,86), a najmanji u Domu zdravlja Sremska Mitrovica (1,26). Prosečna vrednost navedenog parametra za Sremski okrug iznosi 7,30. Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju obavljenih pregleda i poseta kod ginekologa kreće se od 33% u Domu zdravlja Irig do 50% u Domu zdravlja Inđija i u proseku za ceo Sremski okrug iznosi 39,26%. Ciljanim pregledima radi ranog otkrivanja raka grlića materice, u Sremskom okrugu, obuhvaćeno je 29,46% korisnica zdravstvene zaštite uzrasta od 25 do 69 godina. Najveći obuhvat navedene populacije žena je u Domu zdravlja Pećinci 80,75%, a najmanji u Domu zdravlja Sremska Mitrovica 6,74%. Procenat korisnica starosti od godina koje su upućene na mamografiju za Sremski okrug iznosi 19,29%. Dom zdravlja Sremska Mitrovica i Dom zdravlja Stara Pazova imaju najniži procenat upućivanja 2,23% i 2,87%, a Dom zdravlja Pećinci sa 43,82% upućenih žena je realizovao najveći procenat upućivanja na mamografski pregled navedene ciljne grupe. 158

184 Tabela 6. Pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u službi za zdravstvenu zaštitu žena na teritoriji Sremskog okruga Naziv pokazatelja Procenat registrovanih korisnica koje su iz bilo kog razloga posetile svog izabranog ginekologa Odnos prvih i ponovnih pregleda radi lečenja kod izabranog ginekologa Odnos broja uputa izdatih za specijalističko-konsultativni pregled i ukupnog broja poseta ginekologu Procenat preventivnih pregleda u ukupnom broju pregleda i poseta ginekologu Procenat korisnica od 25 do 69 godina starosti obuhvaćenih ciljanim pregledom radi ranog otkrivanja raka grlića materice Procenat korisnica od 25 do 69 godina starosti koje su upućene na mamografiju od bilo kog izabranog ginekologa u poslednjih 12 meseci Rang DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % DZ % 1. SP 73,7 IN 1,8 RU 13,86 IN 49,97 PE 80,75 PE 43,82 2. IN 56,6 IR 1,69 IN 9,5 ŠI 47,04 RU 31,06 RU 35,48 3. PE 53,06 SP 0,71 PE 6,71 PE 39,16 ŠI 23,3 IR 23,29 4. RU 47,06 SM 0,69 IR 5,52 SP 37,33 SP 23,06 IN 23,02 5. SM 47,02 PE 0,64 SP 2,5 RU 37,53 IR 22,2 ŠI 4,3 6. ŠI 41,86 ŠI 0,52 ŠI 2,23 IR 33,0 IN 19,11 SP 2,87 7. IR 33,78 RU 0,37 SM 1,26 SM 32,59 SM 6,74 SM 2,23 IN Inđija; IR Irig; PE Pećinci; RU Ruma; SM Sremska Mitrovica; SP Stara Pazova; ŠI Šid 159

185 PREPORUKE Navedeni pokazatelji kvaliteta rada izabranih lekara u primarnoj zdravstvenoj zaštiti pokazatelji su procesa rada, a ne i rezultata rada te nisu dovoljni za rangiranje. Kriterijumi koji se koriste na osnovu Pravilnika za ocenu kvaliteta rada i koji u trenutnim uslovima služe za rangiranje nisu sveobuhvatni i nedostatni su za potpunu ocenu kvaliteta rada, a time i za konstruisanje modela rangiranja. Dominantni razlozi za kvalifikaciju navedenih parametara kao nedovoljnih i neadekvatnih su sledeći: Dostupni parametri kvaliteta konstruisani su tako da daju podatke koji su upotrebljiviji za ekonomsku procenu (broj prvih i ponovnih pregleda) odnosno ocenu kapitacije (broj uputa specijalisti), ali ne i za dobrodit pacijenata (dostupnost željenom lekaru, liste čekanja, drugo mišljenje i sl.) Dati su u procentualnim odnosima (relativnim brojevima) koji onemogućuju preciznije bodovanje, odnosno izračunavanje skora kako se to čini kod EHCI indeksa (kao referentnog međunarodnog standarda u rangiranju zdravstvenih sistema). Posebnu manjkavost u sagledavanju celokupne zdravstvene zaštite stvara izostanak podataka iz privatnog sektora, gde se realizuje značajan broj zdravstvenih potreba korisnika. Imajući u vidu navedeno, a radi adekvatnog sagledavanja zdravstvene zaštite na teritoriji AP Vojvodine u odnosu na zdravstvenu zaštitu u Evropi, potrebno je uvesti praćenje pokazatelja Evropskog zdravstvenog potrošačkog indeksa i/ili izvršiti prilagođavanje kriterijuma zdravstvenoj zaštiti u Republici Srbiji. Uvođenje praćenja i izveštavanja na osnovu indikatora Evropskog zdravstvenog potrošačkog indeksa, daje mogućnost realnog sagledavanja ranga kvaliteta zdravstvene zaštite u Republici Srbiji. Samo razvojem modela za rangiranje, koji obuhvata sve pružaoce zdravstvenih usluga, možemo imati jasnu sliku zdravstvene zaštite u AP Vojvodini, sa rangom kvaliteta zdravstvenih ustanova, što na kraju treba da omogući pouzdanu osnovu za sve dalje aktivnosti u pravcu praćenja kvaliteta i sprovođenja mera na unapređenju kvaliteta zdravstvene zaštite u Republici Srbiji. LITERATURA 1. Commission of the European Communities (2004). Green Paper: Public-private Partnerships and Community Law on Public Contracts and Concessions. Brussels: COM. 2. Douglas, T., Ryman, J. (2003). Understanding competitive advantage in the general hospital industry: evaluating strategic competencies, Strategic Management Journal, Vol. 24, No. 4, Euro Health Consumer Index (EHCI) (2013). Report, Health Consumer Powerhouse Ltd. 4. Hutchison, B., Levesque, J.F., Strumpf, E., Coyle, N. (2011). Primary Health Care in Canada: Systems in Motion, The Milbank Quarterly, Vol. 89, No. 2,

186 5. Institut za javno zdravlje Srbije Dr Milan Jovanović Batut, Metodološko uputstvo za postupak izveštavanja zdravstvenih ustanova o obaveznim pokazateljima kvaliteta zdravstvene zaštite, Beograd, OECD (2013). Health at a Glance 2013: OECD Indicators, OECD Publishing. 7. Peteri, G. (2010). Partnerstvo javnog i privatnog sektora: dobra i loša iskustva u odabranim zemljama u tranziciji, PALGO centar, Beograd. 8. Pravilnik o pokazateljima kvaliteta zdravstvene zaštite, Službeni glasnik RS, broj 49/ Starfield, B., Shi, L., Macinko, J. (2005). Contribution of Primary Care to Health Systems and Health, The Milbank Quarterly, Vol. 83, No. 3, Strategija za stalno unapređenje kvaliteta zdravstvene zaštite i bezbednosti pacijenata, Službeni glasnik RS, broj 57/ Uredba o planu mreže, Službeni glasnik RS, broj 107/

187 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Vukadin M. Leovac, Marko V. Rodić* KOMPLEKSI METALA SA S-ALKILIZOTIOSEMIKARBAZIDIMA REZIME: Izvršena je sistematizacija i analiza rezultata koji se odnose na sinteze i ispitivanja različitih fizičko-hemijskih osobina i struktura kompleksa metala sa S-alkilizotiosemikarbazidima (ITSC) i njihovim N1 i N4 mono- i disupstituisanim derivatima. Nađeno je da svi analizirani ITSC za koordinaciju koriste terminalne atome azota (N1 i N4) gradeći petočlani metalocikl. Pri tome se ovi ligandi koordinuju u imino formi koja nastaje migracijom atoma vodonika sa N4H 2 grupe na susedni N2 atom. Pokazano je da uvođenje fenil grupe u položaju 1, odnosno 1 i 4, iz osnova menja elektronska, a time i hemijska svojstva ITSC, ali ne i način koordinacije. Izvršena je i komparativna analiza tio- i izotiosemikarbazida kao liganada pri čemu su utvrđene kako sličnosti, tako i razlike. Ključne reči: S-alkilizotiosemikarbazidi, kompleksi, sinteza, struktura. 1. UVOD Hemija kompleksnih jedinjenja metala sa tiosemikarbazidom, H 2 N 1 N 2 H C 3 (=S) N 4 H 2 (TSC1), počela je pionirskim radovim Jensena godine [1, 2] tako da je do danas sintetizovan i proučen veliki broj njegovih kompleksa sa većinom prelaznih metala. Pojačani interes za ova jedinjenja, a posebno za komplekse metala sa tiosemikarbazonima kao kondenzacionim proizvodima tiosemikarbazida i karbonilnih jedinjenja, pojavio se 40-ih godina prošlog veka kada su Domagk i sar. [3] našli da neki tiosemikarbazoni i njihovi kompleksi pokazuju antituberkuloznu aktivnost. Nakon toga usledila su sistematska ispitivanja ovih jedinjenja, pri čemu je, osim interesantnih strukturnih i različitih fizičko-hemijskih karakteristika, nađeno da imaju širok spektar biološkog delovanja: antileprotično, antivirusno, antifungalno, antimalarično, pa čak i antitumorno, pri čemu se posebno ističu heterociklični tiosemikarbazoni i njihovi kompleksi. Različiti aspekti istraživanja ovih jedinjenja su do sada sumirani u više preglednih radova [4 12]. Za razliku od tiosemikarbazida, broj kompleksa metala sa S-alkilizotiosemi- 1 Prikazana numeracija atoma je u saglasnosti sa IUPAC-om, koje ćemo se dosledno pridržavati. * Prirodno-matematički fakultet, Univerzitet u Novom Sadu, Trg Dositeja Obradovića 3, Novi Sad 162

188 karbazidima H 2 N 1 N 2 =C 3 ( SR)N 4 H 2 (ITSC), čija je koordinaciona hemija počela 40-ak godina kasnije radovima Leovca i ostalih [13], je mnogo manji i za sada su ograničeni na komplekse Ni(II), Cu(II), Co(III), Fe(III) i Zn(II), među kojima su najbrojniji kompleksi Ni(II). Rezultati rendgeno-strukturnih ispitivanja kompleksa metala sa ovim ligandima (TSC i ITSC) su pokazala principijelne razlike u načinima njihove koordinacije. Naime, nađeno je da TSC za koordinaciju od više potencijalnih elektron donorskih atoma (tri atoma azota i atom sumpora) koristi terminalni hidrazinski atom N1 i atom sumpora, stvarajući na taj način stabilan petočlani metalocikl (Slika 1a). Ovo znači da atom azota tioamidne grupe u koordinaciji ne učestvuje, bez obzira na to što bi se njegovom koordinacijom, umesto atoma sumpora, takođe nagradio petočlani metalocikl. Ovo je nesumnjivo posledica slabije elektron-donorske sposobnosti ovog atoma azota u odnosu na atom sumpora. Treba reći da je navedeni način koordinacije tiosemikarbazida pravilno pretpostavio Jensen u pomenutom pionirskom radu, a na osnovu zapažanja da S-alkilovani tiosemikarbazidi ne daju komplekse sa metalima. Međutim, Leovac i ostali su uspeli da pronađu reakcione uslove pri kojima i ITSC ligandi ipak mogu da daju komplekse. Rendgeno-strukturna ispitivanja ovih kompleksa su pokazala da ITSC ligandi, osim hidrazinskog atoma azota N1, za koordinaciju, umesto atoma sumpora, koriste tioamidni atom azota N4 (Slika 1b). NH 2 S R HN H 2 N HN H 2 N S NH M M a b Slika 1. Načini koordinacije tiosemi- (a) i S-alkilizotiosemikarbazida (b) U ovom preglednom radu biće prikazani najvažniji ne samo naši rezultati, već i rezultati inostranih autora u oblasti istraživanja sinteza i ispitivanja različitih fizičko-hemijskih karakteristika i struktura kompleksa metala sa izotiosemikarbazidima. S obzirom na to da su do sada kao ligandi upotrebljeni ne samo nesupstutuisani, već i N1 i N4 mono- i disupstituisani izotiosemikarbazidi, rezultati će biti izloženi u dva osnovna poglavlja. U prvom će biti prikazane sinteze, neke fizičko-hemijske karakteristike i strukture kompleksa metala sa nesupstituisanim S-alkilizotiosemikarbazidima, a u drugom kompleksi sa N1 i N4 supstituisanim izotiosemikarbazidima. Rad se završava zaključnim razmatranjima i kratkom komparativnom analizom TSC i ITSC kao ligandima. 163

189 2. KOMPLEKSI Ni(II), Co(III), Cu(II) I Zn(II) SA NESUPSTITUISANIM S-ALKILIZOTIOSEMIKARBAZIDIMA 2.1. Kompleksi Ni(II) i Co(III) Sinteza, neke fizičko-hemijske karakteristike i geometrijska struktura kompleksa Prva sintetisana kompleksna jedinjenja S-alkilizotiosemikarbazida bila su dijamagnetični kvadratno-planarni Ni(II), odnosno oktaedarski Co(III) kompleksi sa S-metilizotiosemikarbazidom (LMe) formula [Ni(LMe) 2 ]I 2 i [Co(LMe) 3 ]I 3 [13]. 1 H 2 N 2 N S H N S Me H 2 N Me I 4 4 NH 2 NH 2 LMe LMe?HI Ovi kompleksi su sintetisani reakcijom alkoholnih rastvora acetata metala i liganda S- metilizotiosemikarbazidhidrogen-jodida (LMe HI), dobijenog metilovanjem tiosemikarbazida sa CH 3 I u apsolutnom etanolu [14]. U slučaju kompleksa kobalta, sinteza je izvođena provođenjem vazdušne struje kroz reakcionu smešu, pri čemu dolazi do oksidacije Co(II) u Co(III). Kasnije je sa Ni(II) i različitim S-alkilizotiosemikarbazidima, a u prisustvu odgovarajućih kiselinskih ostataka kao ligand-partnera (NO 2, NO 3, NCS, NCSe), te H 2 O, piridin (Py), pirazol (Pz), imidazol (Im), dobijeno više kompleksa, za koje su sintetski pravci prikazani na šemi 1, a neke njihove fizičko-hemijske karakteristike (boja, μ eff ) i geometrija u tabeli 1 [15 22]. Kako se iz navedene tabele vidi, najveći broj kompleksa je dobijen sa LMe ligandom koji se sa stanovišta stereohemije i magnetnih osobina mogu podeliti na dve grupe: dijamagnetične kvadratno-planarne i paramagnetične oktaedarske komplekse. Građenje kvadratno-planarnih kompleksa sa ovim derivatom izotiosemikarbazida je karakteristično za komplekse sa halogenidima, opšte formule [Ni(LMe) 2 ]X 2 (X = Cl, Br, I). Hloridna i bromidna so ovog kompleksa su dobijene metatetičkom reakcijom startne jodidne soli i većeg viška LiX (X = Cl, Br) u toplom etanolu. Sa ovim ligandom sintetizovana su dva tipa oktaedarskih kompleksa: neutralni, opšte formule [Ni(LMe) 2 X 2 ] (X = NCS, NCSe, NO 2, NO 3 ) i dikatjonski, opšte formule [Ni(LMe) 2 A 2 ] 2+ (A = H 2 O, Py, Pz, Im). Slično se može reći i za komplekse sa etil derivatom (LEt), sa kojim je sintetisan manji broj kompleksa i to kvadratno-planarni [Ni(LEt) 2 ]X 2 (X = Br, I, NO3) i oktaedarski [Ni(LEt) 2 Py 2 ]I 2 i [Ni(LEt) 2 (NCS 2 )]. Sa n-propil i n-butil (LPr i LBu, respektivno) derivatima sintetizovani su samo oktaedarski kompleksi sa piridinom, odnosno jodidnim jonima kao ko-ligandima formula [Ni(LPr/ Bu) 2 Py 2 ]I 2 i [Ni(LPr/Bu) 2 I 2 ] (tabela 2). Kako se iz ove tabele vidi, sa piridinom i ostala dva derivata izotiosemikarbazida izolovan je analogan tip kompleksa, te se njihov sastav može prikazati zajedničkom formulom [Ni(LR) 2 Py 2 ]I 2. Njihova boja i paramagnetizam koji odgovara prisustvu dva nesparena d elektrona ukazuju da svi oni imaju oktaedarsku strukturu, koja se ostvaruje koordinacijom, osim dva bidentatna NN molekula izotiosemikarbazida u ekvato- 164

190 A (Py, Pz, Im) (R = Me) [Ni(LR) 2 A 2 ]I 2 [Ni(LR) 2 ]I EtOH 2 t 2Py [Ni(LR) 2 I 2 ] [Ni(LR) 2 ]I 2 (R = n-pr, n-bu) (R = Me, Et) LiX (X = Cl, Br) EtOH LiNO 3 /NH 4 NCS, EtOH NaNO 2 (aq), KNCSe(aq) [Ni(LMe) 2 ]X 2 [Ni(LMe) 2 ]X 2 (X = NO 2, NCS, NCSe, NO 2 ) H 2 O Na 2tf X = NO 3 Šema 1. Sinteze kompleksa Ni(II) sa S-alkilizotiosemikarbazidima [Ni(LMe) 2 (H 2 O) 2 ]tf rijalnoj ravni, i dva molekula Py u aksijalnim položajima. Za razliku od ovih kompleksa, sa takođe sva četiri liganda izolovani su kompleksi istog tipa, tj. Ni(LR) 2 I 2, ali koji imaju različitu geometriju. Naime, dok su kompleksi sa Me- i Et- derivatom kvadratno-planarni, kompleksi sa Pr- i Bu- derivatom imaju oktaedarsku strukturu. Kvadratno-planarna struktura kod prva dva kompleksa se ostvaruje koordinacijom samo dva molekula organskog liganda, a oktaedarska struktura kod kompleksa sa druga dva derivata koordinacijom i oba jodidna jona. Koordinacija jodida u ovim kompleksima se može objasniti i uslovima sinteze koja se sastoji u izotermskom zagrevanju (oko 95 C) njihovih čvrstih Py kompleksa. Pri tome dolazi do udaljavanja Py i ulaska oba nekoordinovana jodida u koordinacionu sferu metala. Važno je napomenuti da sličan tretman oktaedarskih piridinskih kompleksa sa Me/Et ligandima rezultira nastajanjem kvadratno-planarnih kompleksa, tj. odsustvom koordinacije jodida, što predstavlja lep primer uticaja prirode alkil grupe na geometrijsku strukturu kompleksa. Treba se podsetiti da su navedeni kvadratno-planarni kompleksi ranije dobijeni direktnom reakcijom EtOH rastvora Ni(OAc) 2 i LMe/Et liganada. Tabela 1. Neke fizičko-hemijske i stereohemijske karakteristike kompleksa Ni(II) sa S-alkilizotiosemikarbazidima Kompleks Boja μ eff [μ B ] Koordinacioni poliedar Lit. [Ni(LMe) 2 ]Cl 2 narandžasto-crvena dijam. kvadrat 15 [Ni(LMe) 2 ]Br 2 cigla-crvena dijam. kvadrat 15 [Ni(LMe) 2 ]I 2 cigla-crvena dijam. kvadrat 15 [Ni(LMe) 2 (NO 3 ) 2 ] plavo-ljubičasta 3,17 oktaedar 15, 16 [Ni(LMe) 2 (NO 2 ) 2 ] svetlo-siva 3,09 oktaedar 17 [Ni(LMe) 2 (NCS) 2 ] ljubičasto-plava 3,57 oktaedar 15 [Ni(LMe) 2 (NCSe) 2 ]? 3,09 oktaedar 18 [Ni(LMe) 2 Py 2 ]I 2 ljubičasto-plava 3,20 oktaedar 15 [Ni(LMe) 2 Pz 2 ]I 2 ljubičasta? oktaedar 19 [Ni(LMe) 2 Im 2 ]I 2 ljubičasta 3,09 oktaedar 20 [Ni(LMe) 2 (H 2 O) 2 ]tf 2H 2 O plava? oktaedar 16 [Ni(LEt) 2 ]Br 2 crvena dijam. kvadrat 21 [Ni(LEt) 2 ]I 2 cigla-crvena dijam. kvadrat

191 Kompleks Boja μ eff [μ B ] Koordinacioni poliedar Lit. [Ni(LEt) 2 ](NO 3 ) 2 narandžasta dijam. kvadrat 21 [Ni(LEt) 2 (NCS) 2 ] sivo-ljubičasta 3,38 oktaedar 21 [Ni(LEt) 2 Py 2 ]I 2 ljubičasta 3,18 oktaedar 21 [Ni(LPr) 2 I 2 ] sivo-zelena 3,17 oktaedar 22 [Ni(LBu) 2 I 2 ] sivo-zelena 3,19 oktaedar 22 [Ni(LPr) 2 Py 2 ]I 2 svetlo-ljubičasta 3,21 oktaedar 22 [Ni(LBu) 2 Py 2 ]I 2 svetlo-ljubičasta 3,13 oktaedar 22 Geometrijske konfiguracije [Ni(LPr/Bu) 2 I 2 ] i [Ni(LPr/Bu) 2 Py 2 ]I 2 kompleksa su pretpostavljene ne samo na osnovu magnetnih merenja (μ eff ) i boje, već i na osnovu difuznih refleksionih spektara. Pri tome je nađeno da Py kompleksi imaju regularnu oktaedarsku strukturu, a jodido kompleksi, zbog koordinacije voluminoznog jodida, strukturu duž z ose izduženog oktaedra. Interesantno je primetiti da sa NO 3 jonom LMe ligand daje plavi oktaedarski kompleks, sa koordinovanim NO 3 grupama, za razliku od narandžastog kompleksa sa LEt ligandom, koji sadrži nekoordinovane obe NO 3 grupe, zbog čega je istom pripisana kvadratno-planarna struktura. U slučaju NCS- kao i NCSe-kompleksa, osim boje i paramagnetizma, karakterističnih za oktaedarske Ni(II) komplekse (tabela 1), na koordinaciju NCS i NCSe grupa ukazuju i IR spektri. Naime, prisustvo trake vrlo jakog intenziteta u oblasti cm 1 jasno govori o koordinaciji obeju NCS/NCSe grupa i to preko atoma azota [23]. Na osnovu izloženog, kao i rezultata rendgenske strukturne analize (vide infra) kvadratno-planarna, odnosno oktaedarska struktura dobijenih Ni(II) kompleksa šematski je prikazana na slici 2. Na kraju, važno je pomenuti da svi u kristalu dijamagnetični Ni(II) kompleksi, ne samo u vodenom rastvoru, već i u rastvorima slabije koordinirajućih rastvarača, kao što A X N 4 N 1 Ni N 1 N 4 N 4 N 1 Ni N 1 N 4 N 4 N 1 Ni N 1 N 4 A X Slika 2. Geometrijske konfiguracije kompleksa Ni(II) (A = Py, Pz, Im, H 2 O; X = NO 2, NO 3, NCS, NCSe) su MeOH i EtOH, postaju paramagnetični, što se ogleda i u promeni boje iz narandžaste u plavu. Ovo se može objasniti promenom kvadratno-planarne u oktaedarsku strukturu, a na račun koordinacije dva molekula rastvarača u aksijalnim položajima: [Ni(LMe/Et) 2 ]X 2 (s) +2ROH [Ni(LMe/Et) 2 (ROH) 2 ] X (R = H, Me, Et). 166

192 Pokušaj izolacije u kristalu stabilnih solvata pokazali su se bezuspešnim, pošto je u slučaju kompleksa sa LMe ligandom uvek kristalisao originalni desolvato kompleks, a u slučaju kompleksa sa LEt ligandom i EtOH nastao je plavi nestabilni paramagnetični dietanolsolvato kompleks [Ni(LEt) 2 (EtOH) 2 ]I 2, koji već na sobnoj temperaturu brzo gubi EtOH prelazeći u startni cigla-crveni dijamagnetični [Ni(LEt) 2 ]I 2. Za sada jedini izuzetak je izolacija stabilnog plavog oktaedarskog diakva kompleksa sa LMe ligandom, koji kao kontra jon sadrži dianjon tereftalata (tf), formule [Ni(LMt) 2 (H 2 O) 2 ]tf 2H 2 O. Ovaj kompleks je dobijen reakcijom vodenog rastvora [Ni(LMe)(NO 3 ) 2 ] i dinatrijum tereftalata. Na kraju, sa aspekta sastava kompleksa na primeru reakcije Ni(OAc) 2 i LMe HI važno je istaći da se bis-ligand kompleks dobija i u slučaju kada je molski odnos reaktanata bio 1:3. Što se tiče geometrijske konfiguracije tris-lme kompleksa Co(III), a uzimajući u obzir bidentatnost i asimetričnost liganda, i činjenicu da uz vrlo mali broj izuzetaka, kompleksi Co(III) imaju oktaedarsku strukturu [24, 25], izolovanom kompleksu se može pripisati mer- ili fac-oktaedarska kofiguracija. Koju od dve navedene konfiguracije ima dobijeni kompleks na osnovu raspoloživih analitičkih podataka za sada nije moguće utvrditi Molekulske strukture kompleksa Ni(II) Od ukupno 20 do sada sintetizovanih kompleksa Ni(II) sa S-alkilizotiosemikarbazidima, metodom difrakcije X-zraka na monokristalu određene su molekulske i kristalne strukture za 7 kompleksa sa LMe i jednog kompleksa sa LEt ligandom. Na slikama 3 i 4 prikazane su molekulske strukture analiziranih kompleksa, i to tri kvadratno-planarna kompleksa formula [Ni(LMe) 2 ]X 2 (X = I, Br) i [Ni(LEt) 2 ]I 2 (slika 3), te pet oktaedarskih kompleksa opštih formula [Ni(LMe) 2 X 2 ] (X = NO 2, NO 3 ) i [Ni(LMe) 2 A 2 ]I 2 (A = Pz, Im) i [Ni(LMe) 2 (H 2 O) 2 ]tf 2H 2 O (slika 4). Treba reći da su u slučaju kompleksa sa [Ni(LMe) 2 ] Br 2 izolovane iz iste sinteze dve kristalne modifikacije: triklinična (α) koja je u višku u odnosu na drugu ortorombičnu (β) modifikaciju. Rezultati ovih analiza pokazuju da se navedeni ligandi nezavisno od ligand partnera koordinuju na isti način, tj. posredstvom oba terminalna atoma azota N1 i N4 gradeći petočlani metalocikl. Sa slika se takođe vidi da se u svim kompleksima ligandi koordinuju ne u amino, već u imino formi koja nastaje prelaskom atoma vodonika sa N4 na N2 atom (prototropna tautomerija): 1 H 2 N 2 N 3 S R 4 NH 2 1 H 2 N H N 2 3 S R 4 NH amino forma imino forma Iako nije poznata struktura nijednog slobodnog, tj. nekoordinovanog izotiosemikarbazida, sa sigurnošću se može reći da se isti u kristalu nalaze ne u imino već u amino formi, koja je kod nekih nekoordinovanih izotiosemikarbazona dokazana rendgenskom strukturnom analizom [26 29]. 167

193 [Ni(LMe) 2 ]I 2 [Ni(LEt) 2 ]I 2 α-[ni(lme) 2 ]Br 2 Slika 3. Molekulske strukture kvadratno-planarnih kompleksa Ni(II) sa nesupstituisanim S-metil/etilizotiosemikarbazidima [Ni(LMe) 2 Pz 2 ]I 2 [Ni(LMe) 2 (NO 2 ) 2 ] [Ni(LMe) 2 (NO 3 ) 2 ] [Ni(LMe) 2 Im 2 ]I 2 [Ni(LMe) 2 (H 2 O) 2 ]tf 2H 2 O Slika 4. Molekulske strukture oktaedarskih kompleksa Ni(II) sa nesupstituisanim S-metilizotiosemikarbazidom 168

194 Treba reći da je metodom rendgenske strukturne analize rešena struktura nitratne soli LMe HNO 3 liganda dobijene jonskom izmenom, tj. propuštanjem vodenog rastvora LMe HI kroz anjonit [30]. Na slici 5 prikazana je struktura katjona. Kristalna rešetka ovog jedinjenja je izgrađena od S-metilizotiosemikarbazidijum katjona LMeH + sa protonovanim atomom azota N2 i NO 3 anjona međusobno povezanih sistemom vodoničnih veza. Praktično planarni katjon ima Z konformaciju sa trans položajem terminalnih NH 2 grupa u odnosu na formalnu dvostruku C3 N2 vezu. Veruje se da takvu konformaciju ima i LMe HI, koji je korišćen za sinteze kompleksa. Ovo bi značilo da pri kompleksiranju LMe HI liganda nakon deprotonacije, dolazi do rotacije oko formalno dvostruke C3 N2 veze, čime se donorski atomi N1 i N4 dovode u cis položaj (E konformacija) koju ligand ima u kompleksima (šema 2). Slika 5. Struktura katjona [LMeH] + Me S NH 2 Me S M NH 2+ NH + H H 2 N HN NH 2 M Z (trans) E (cis) Šema 2. Z konformacija katjona [LMeH] + i E konformacija neutralnog koordinovanog liganda U pogledu položaja donorskih atoma N1 i N4 zajedničko za sve komplekse Ni(II) je njihov trans položaj. Ovo znači da u oktaedarskim kompleksima dva dodatna monodentatna liganda takođe zauzimaju trans položaj. Drugim rečima, molekuli kompleksa su centrosimetrični (slika 2). U tabeli 2 date su dužine Ni ligand veza, kao i dužine LR intraligandnih veza. Poređenjem dužina Ni LR veza bidentatnog liganda vidi se da je Ni N1 veza u svim kompleksima duža od Ni N4 veze, s tim što odgovarajuće Ni N veze u oktaedarskim kompleksima razumljivo imaju veće vrednosti u odnosu na kvadratno-planarne komplekse. Treba reći da je dužina Ni N1 veze kod kvadratno-planarnih kompleksa praktično identična sa istom u takođe kvadratno-planarnom kompleksu Ni(II) sa tiosemikarbazidom (2,155Å) [31]. Razlike u dužinama pomenutih veza se objašnjavaju boljim elektron - -donorskim sposobnostima N4 atoma u odnosu na N1 sp 3 hibridizovan atom, tj. promenom sp 3 hibridizovanog N4 atoma u elektronskoj gustini bogatijeg sp 2 hibridizovanog 169

195 170 atoma. Sve ovo je posledica ranije pomenute prototropne tautomerije, tj. prelaska protona sa N4 na N2 atom. Zbog ovoga dolazi do preraspodele elektronske gustine, posebno u vezama C3 N2, odnosno C3 N4 koje u nekoordinovanim izotiosemikarbazonima imaju karakter dvostruke, odnosno jednostruke veze (opseg 1,27 1,32 Å; 1,32 1,41Å, respektivno) [27], tako da C3 N4 veza postaje kraća od C3 N2 veze. Što se tiče dužina ostalih veza unutar molekula LMe/Et liganada može se reći da N1 N2 i S C veze odgovaraju jednostrukim vezama, pri čemu je C3 S veza uvek kraća od S C(R) veze. Razlog skraćenja C3 S veze je blizina elektronskom gustinom bogatijih N2 C3 N4 veza, tako da se delokalizacija elektronske gustine oseća i duž bliže C3 S veze. Dužine aksijalnih Ni N veza kod oktaedarskih kompleksa sa heterocikličnim bazama (Im, Pz) koje se koordinuju preko piridinskog atoma azota, su ne samo međusobno praktično identične (2,132 Å), već su identične i sa Ni N1 vezom. Sa aspekta načina koordinacije NO 2 grupe interesantnom se pokazala struktura odgovarajućeg kompleksa Ni(II) (slika 4). Naime, iz literature [23, 24] je poznato da se NO 2 ligand može koordinovati na različite načine: monodentatno (preko atoma azota ili kiseonika), endo- i egzo-bidentatno itd. Najčešći način je monodentatni, i to preko atoma azota. Međutim, u strukturi ovog kompleksa, NO 2 grupa je koordinovana kao O- vezivni ligand. S obzirom da se tiometilne grupe nalaze u ekvatorijalnoj ravni, sterne smetnje ne mogu biti razlog ovakvog načina koordinacije NO2 grupe, već verovatno elektronska struktura ekvatorijalnog organskog liganda. Pretpostavlja se da vezivanjem organskog liganda metal dobija nešto više elektronske gustine koja uzrokuje koordinaciju NO 2 liganda preko slabije donorskog atoma kiseonika. Dužina Ni ONO veze je 2,131 Å i kao takva ova veza je prema očekivanju nešto kraća (0,02 Å) od Ni O veze u NO3 kompleksu (2,154 Å), što je verovatno posledica nešto slabije elektron donorske sposobnosti NO 3 u odnosu na NO 2 grupu. Koordinacija NO 2 grupe izaziva preraspodelu elektronske gustine duž N O veza, tako da je N O veza (koord. O) duža (1,276(9) Å) od druge N O veze (1,243(8) Å). Dužine N O veza u NO3 kompleksu su takođe različite i nalaze se u granicama od 1,228(6) 1,261(5) Å. Prema očekivanju, veza N O (koordinovani kiseonik) je najduža (1,261(5) Å), dok se ostale dve manje razlikuju (~1,253 Å). Prema tome u oba kompleksa najduže su aksijalne Ni O veze. Isto se može reći i za diakva komplekse, sa dužinom Ni O veze od 2,135 Å, koja je identična sa dužinom Ni O veze u NO 2 kompleksu. Kako se sa slike 4 vidi, u strukturi dinitrato kompleksa postoji intramolekulska vodonična veza između N1H 2 grupe i atoma kiseonika NO 3 grupe. Za razliku od ovoga, u strukturi diakva kompleksa, između ostalih, postoje i jedna intermolekulska vodonična veza između N2H grupe i atoma kiseonika tereftalatnog jona. Postojanje ove vodonične veze je, pored već diskutovanih dužina veza u izotiosemikarbazidnom fragmentu, dokaz imino forme koordinovanog liganda. Inače, zbog velikog broja proton donora i proton akceptora, kristalne strukture dinitrato i diakva kompleksa su stabilizovane velikim brojem vodoničnih veza. Naime, kod nitrato kompleksa, nekovalentne interakcije povezuju molekule u 2D slojeve, međusobno odvojene S-metil grupama. Kod diakva kompleksa, tereftalatni anjoni, koji su smešteni između S-metil grupa, preko vodoničnih veza, u kojima atomi kiseonika karboksilnih grupa figuriraju kao proton akceptori, povezuju molekule u 3D supramolekulsku strukturu (slika 6).

196 Tabela 2. Odabrani strukturni parametri kompleksa Ni(II) sa S-metil/etilizotio semi karbazidima Ni N1 Ni N4 C3 N2 C3 N4 N1 N2 S C(3) S C(R) Ni L ax helatni ugao Lit. [Ni(LMe) 2 ]I 2 1,923(10) 1,873(11) 1,315(12) 1,284(12) 1,429(12) 1,761(12) 1,802(12) 84,1(6) 32a [Ni(LMe) 2 ]I 2 1,912 1,862 1,351(2) 1,300(3) 1,427(2) 1,744(2) 1,801(2) 84,24(7) 32b α-[ni(lme) 2 ]Br 2 1,913(10) 1,883(11) 1,313(12) 1,344(12) 1,452(12) 1,735(12) 1,836(13) 86,0(6) 33 β-[ni(lme) 2 ]Br 2 1,928(10) 1,851(11) 1,344(19) 1,322(19) 1,433(18) 1,727(18) 1,7825(17) 84,6(6) 34 [Ni(LEt) 2 ]I 2 1,925(21) 1,897(21) 1,362(29) 1,325(33) 1,433(30) 1,702(29) 1,797(28) 86,0(6) 35 [Ni(LMe) 2 (NO 2 ) 2 ] 2,106(6) 2,040(5) 1,373(9) 1,28(1) 1,428(8) 1,753(7) 1,808(9) 2,131(5) 79,5(2) 17 [Ni(LMe) 2 (NO 3 ) 2 ] 2,078(4) 2,009(4) 1,369(6) 1,267(6) 1,421(5) 1,753(4) 1,787(6) 2,154(3) 80,0(2) 16 [Ni(LMe) 2 Im 2 ]I 2 2,130(7) 2,053(6) 1,35(1) 1,28(1) 1,42(1) 1,758(7) 1,76(1) 2,132(3) 79,3(3) 20 [Ni(LMe) 2 Pz 2 ]I 2 2,120(3) 2,053(3) 1,343(5) 1,287(4) 1,407(4) 1,754(3) 1,780(6) 2,123(3) 79,2(1) 19 Ni(LMe) 2 (H 2 O) 2 ]tf 2H 2 O 2,094 2,027 1,359(4) 1,274(4) 1,426(3) 1,750(3) 1,780(5) 2,135(3) 80,2(1)

197 Slika 6. Kristalna struktura kompleksa [Ni(LMe) 2 (H 2 O) 2 ]tf 2H 2 O Na kraju, važno je reći da nederivatizovani tiosemikarbazid (TSC) sa Ni(NO 3 ) 2, iako gradi čak 5 po sastavu različitih kompleksa i to: kvadratno-planarne cis- i trans- izomere [Ni(TSC) 2 ](NO 3 ) 2 [36], osnosno oktaedarske bis- i tris- komplekse [Ni(TSC) 2 (H 2 O) 2 ] (NO 3 ) 2, [Ni(TSC) 3 ](NO 3 ) 2 i [Ni(TSC) 3 ](NO 3 ) 2 H 2 O [37, 38], nijedan od njih ne sadrži koordinovanu NO 3 grupu. Kompleksi sa pirazolom i imidazolom su ne samo izostrukturni, već su i izomorfni (triklinični sistem, prostorna grupa P1). Međutim, iako jedinične ćelije sadrže isti broj molekula kompleksa istog sastava, identične geometrije, one se znatno razlikuju u svojoj zapremini (549,1 Å3 (Pz), odnosno 618,0 Å 3 (Im)). Očigledno je da su molekuli Pz kompleksa mnogo kompaktnije pakovani u odnosu na kompleks sa Im u kojem aksijalni ligand verovatno usled izraženijeg angažovanja u međumolekulskim interakcijama menja svoju orijentaciju što zahteva veću zapreminu za molekule kompleksa. Povećanje rastojanja Ni N veza u ekvatorijalnoj ravni kod oktaedarskih kompleksa praćeno je smanjenjem helatnh uglova (engl. bite angle ) u odnosu na kvadratno-planarne komplekse. U nastojanju liganda da nakon udaljavanja od metalnog jona sačuva optimalno rastojanje donorskih atoma helatni uglovi u kvadratno-planarnom kompleksu koji se nalaze u granicama od 84 86, u oktaedarskim kompleksima se smanjuju na oko 80 (tabela 2) Kompleksi Cu(II) i Zn(II) sa S-metilizotiosemikarbazidom Kao što je rečeno, za sinteze prvih kompleksa Ni(II) i Co(III) korišćen je S-metilizotiosemi karbazidhidrogen-jodid (LMe HI). Pokušaji sinteza kompleksa Cu(II) sa LMe HI ostali su bezuspešni, s obzirom na to da u reakcijama Cu(II) soli i LMe HI, zbog prisustva jodida, dolazi do redukcije Cu(II) u Cu(I). Zbog toga su Gerbeleu i sarad- 172

198 nici [39] opisali pogodan način zamene jodida u LMe HI drugim, u odnosu na Cu(II) neredukujućim jonima, kao što su Cl, NO 3 i SO 4 2, zasnovan na reakciji LMe HI sa odgovarajućim solima srebra. Naime, pošto AgI ima znatno manju rastvorljivost od AgCl, AgNO 3 i Ag 2 SO 4, bilo je moguće da se i u metatetičkoj reakciji metanolno vodenih rastvora LMe HI i navedenih soli srebra dobiju odgovarajuće S-metilizotiosemikarbazidijum soli, tj. LMe HCl, LMe HNO 3, odnosno 2LMe H 2 SO 4. Reakcijama metanolnih rastvora ovih soli sa vodenim rastvorima odgovarajućih soli CuX 2 (X = Cl, NO 3, 1/2SO 4 ) dobijena su dva tipa kompleksa: sa CuCl 2 mono-ligand, a sa Cu(NO 3 ) 2 i CuSO 4 bis-ligand kompleksi formula Cu(LMe)Cl 2 0,5H 2 O, Cu(LMe) 2 (NO 3 ) 2 i [Cu(LMe) 2 SO 4 ] 2H 2 O. Hloridni kompleks ima plavu, a nitratni ljubičastu boju. Sintezu SO 4 kompleksa prati izdvajanje smeše dve vrste kristala: plavih i ljubičastih. Zahvaljujući dobroj rastvorljivosti u vodi ljubičastih kristala, isti su odvojeni od teže rastvornih plavih kristala koji su i analizirani. Magnetohemijska merenja su pokazala da sva tri jedinjenja imaju vrednosti efektivnih magnetnih momenata u granicama od 1,80 do 1,87 μ B, i kao takve karakteristične za čisto spinske, odnosno magnetno izolovane (monomerne) Cu(II) komplekse [24, 40]. Na osnovu EPR i refleksionih spektara razmatran je tip koordinacionog okruženja oko Cu(II) pri čemu je pretpostavljeno da u koordinaciji, osim bidentatnog LMe liganda učestvuju i kiselinski ostaci. Tako je [Cu(LMe) 2 (NO 3 ) 2 ] kompleksu pripisana jako deformisana oktaedarska struktura koja se graniči sa kvadratno-planarnom strukturom. Bez obzira na to što spektralni podaci Cu(LMe)Cl 2 0,5H 2 O nisu bili dovoljni da se odredi njegova geometrijska struktura, ipak na osnovu činjenice da je najmanji koordinacioni broj Cu(II) četiri, može se reći da u ovom kompleksu osim jednog molekula bidentatnog LMe liganda u koordinaciji učestvuju i oba hloridna jona. Što se tiče SO 4 kompleksa, njegova struktura ne izaziva nikakvu sumnju, pošto je ista određena rendgeno-strukturnom analizom. Elementarna ćelija kristala ovog kompleksa sadrži dva kristalografski nezavisna molekula, čije su strukture date na slici 7. Kako se sa slike vidi, bakar je u oba molekula pentakoordinovan, sa kvadratno-piramidalnim okruženjem koga čine četiri atom azota dva bidentatna NN molekula LMe liganda u osnovi piramide i atoma kiseonika SO 4 grupe u apikalnom položaju. Vrednosti τ-parametara za oba molekula koje iznose 0,15, odnosno 0,11 ukazuju na blagu deformaciju kvadratne piramide kao koordinacionog poliedra [41]. Atom bakra je pomeren iz srednje ravni definisane sa četiri atom azota u pravcu apikalnog atoma kiseonika za 0,188 Å u jednom, odnosno za 0,149Å u drugom kompleksnom molekulu. Kao i kod kompleksa Ni(II) i u ovom kompleksu rastojanja Cu N su različita, Naime, Cu N1 veza je duža (sr. vrednost 2,024 Å i vrlo bliska je vrednostima nađenim kod tiosemikarbazidnog kompleksa Cu(II) (2,031 Å) [42]. Druga, tj. Cu N4 veza je kraća (sr. vrednost 1,944 Å) i nalazi se u granicama nađenim za tu vezu kod S-metilizotiosemikarbazonskih kompleksa Cu(II) [43, 44]. Kao i u slučaju kompleksa Ni(II) sa S-metilizotiosemikarbazidom ove razlike su posledica različite prirode koordinirajućih atoma azota. Naime, realna lokalizacija atoma vodonika i u ovom kompleksu govori o prototropnoj tautomeriji, odnosno koordinaciji liganda u imino formi sa srednjom vrednosti C3 N4 veze od 1,282 Å koja odgovara dvostrukoj vezi, tj. sp 2 hibridizovanom atomu N4. Dužine ostalih intra-ligand veza su slične dužinama odgovarajućih veza nađenih u strukturama kompleksa nikla. 173

199 Slika 7. Struktura dva kristalografski nezavisna kompleksna molekula [Cu(LMe) 2 SO 4 ] Sulfatni jon u koordinaciju ulazi kao monodentatni ligand, sa praktično istim dužinama S O veza u oba molekula, čija srednja vrednost iznosi 1,462 Å, što odgovara literaturnim podacima [4]. Glavna razlika između dva kristalografski nezavisna molekula odnosi se na dužinu Cu O veze. U jednom molekulu ona iznosi 2,378 Å, a u drugom 2,516 Å (razlika 0,14 Å). Ovu razliku autori objašnjavanju nejednakim karakterom vodoničnih veza u kristalu, koje utiču na različitu orijentaciju SO 4 grupa u odnosu na bazičnu kvadratno-piramidalnu ravan. Na kraju, poređenjem geometrijskog rasporeda dva organska molekula u ovom kompleksu sa bis-ligand kompleksima Ni(II) može se uočiti sledeća bitna razlika. Naime, dok se kod svih do sada rešenih struktura kompleksa nikla sa ovim ligandom ostvaruje trans-konfiguracija, u slučaju kompleksa bakra dva molekula liganda imaju cis-konfiguraciju. Ovo je do sada jedini primer kompleksa metala sa S-alkilizotiosemikarbazidima navedene konfiguracije. Treba reći da je cis-konfiguracija nađena i u strukturi takođe kvadratno-piramidalnog kompleksa CuSO 4 sa tiosemikarbazidom (TSC) formule [Cu(TSC) 2 SO 4 ] [45]. Sa Zn(II) poznata su samo dva kompleksa i to Zn(LMe) 2 I 2 [22] i Zn(LMe) 2 Cl 2 [46]. Kompleks Zn(LMe) 2 I 2 je dobijen reakcijom stehiometrijskih količina Zn(OAc) 2 3H 2 O i S-metilizotiosemikarbazidhidrogen-jodida, u toplom metanolu, a monokristali hlorido kompleksa reakcijom EtOH rastvora prethodnog kompleksa sa većim viškom LiCl. Rendgenska strukturna analiza hlorido kompleksa pokazala je da se njegova kristalna struktura sastoji od monomernih jedinica kompleksnog katjona [Zn(LMe) 2 Cl] + i Cl (slika 8), koje, osim elektrostatičkih interakcija, povezuju i brojne vodonične veze. Koordinacioni poliedar ovog kompleksa predstavlja deformisanu trigonalnu bipiramidu (τ = 0,72) u kojoj dva tioamidna atoma azota N4 i jedan hloridni jon zauzimaju ekvatorijalnu ravan, a dva hidrazinska atoma azota N1 aksijalne položaje. I u ovom kompleksu LMe ligand je koordinovan u imino formi, zbog čega su Zn N4 veze kraće (1,99 Å) od Zn N1 veza (2,23 Å). U odnosu na komplekse Ni(II) i Cu(II) kod kojih razlika u dužinama M N veza u kvadratno-planarnim kompleksima Ni(II) ne prelazi 0,05 Å, odnosno 0,07 Å u oktaedarskim kompleksima, a u kvadratno piramidalnom kompleksu Cu(II) ova razlika je 0,09 Å, u trigonalno-bipiramidalnom kompleksu Zn(II) je signifikantno veća (0,24 Å). Za razliku od ranije opisanih kompleksa u kojima atomi azota zauzimaju iste (ekvato- 174

200 Slika 8. Molekulska struktura [Zn(LMe) 2 Cl]Cl rijalne položaje), u ovom kompleksu atomi azota hidrazinske, odnosno tioamidne grupe zauzimaju geometrijski različite pozicije aksijalnu, odnosno ekvatorijalnu što se u trigonalno bipiramidalnoj geometriji manifestuje dodatnom razlikom u dužinama veza [24]. Geometrija samog liganda ne pokazuje značajne promene u odnosu na prethodno navedene komplekse. Kao i u slučaju kvadratno-piramidalnog kompleksa Cu(II) i oktaedarskih kompleksa Ni(II) imino forma je jasno izražena sa dvostrukom C3 N4 vezom (sr. vredn. 1,28 Å). Dužina Zn Cl veze je u skladu sa vrednostima nađenim u kompleksima Zn(II) slične geometrije [47]. Kristalna struktura kompleksa je stabilizovana vodoničnim vezama u kojima se joni hlora javljaju kao glavni proton akceptori. Na kraju, treba reći da sa nealkilovanim tiosemikarbazidom (TSC) i ZnCl 2 nisu poznati primeri pentakoordinovanih kompleksa. Naime, ovaj ligand sa ZnCl 2 gradi dva tipa kompleksa za Zn(II) karakterističnih geometrija, i to tetraedarski mono-ligand kompleks [Zn(TSC)Cl 2 ] [48] i oktaedarski tris(ligand) kompleks [Zn(TSC) 3 ]Cl 2 [49]. 3. KOMPLEKSI Ni(II), Co(III), Fe(III) I Cu(II) SA MONO- I DISUPSTITUISANIM N 1,N 4 -IZOTIOSEMI KARBAZIDIMA 3.1. Kompleksi Ni(II), Co(III) i Fe(III) sa monosupstituisanim izotiosemi karbazidima Sa aspekta hemijskih i elektronskih osobina, najjednostavniji predstavnik naslovljene grupe derivata izotiosemikarbazida kao liganda je S-metil-N 4 -metilizotiosemikarbazid (L 1 ): 1 H 2 N 2 N 3 4 HN L 1 Me S Me 175

201 sa kojim je u najnovije vreme2 sintetisan ljubičasti Ni(II) kompleks koordinacione formule [Ni(L 1 ) 2 (H 2 O) 2 ]I 2. Jedinjenje je dobijeno analogno njegovim nesupstituisanim derivatom, tj. reakcijom toplih EtOH rastvora S-metil-N 4 -metilizotiosemikarbazidhidrogen-jodida i Ni(OAc) 2. Rendgenska strukturna analiza ovog kompleksa pokazala je da isti ima centrosimetričnu oktaedarsku strukturu, sa dva molekula bidentatnog NN liganda u ekvatorijalnoj ravni i dva akva liganda u aksijalnim položajima (slika 9), što u odnosu na kvadratno-planarni kompleks Ni(II) sa nesupstituisanim ligandom predstavlja bitnu razliku. Na osnovu ovoga moglo bi se pretpostaviti da prisustvo CH 3 grupe u položaju N 4 slabi ligandno polje ovog derivata izotiosemikarbazida u odnosu na nesupstituisani ligand. Nikal(II) se nalazi u oktaedarskom okruženju koje čine dva molekula L1 u ekvatorijalnoj ravni i dva molekula vode u aksijalnim položajima. Kao što je i očekivalo, aksijalne veze su duže (2,147 Å) u odnosu na ekvatorijalne (Ni N1 = 2,093, Ni N4 = 2,043 Å), i vrlo su bliske vezama u strukturi takođe oktaedarskog diakva kompleksa Ni(II) sa nesupstituisanim S-metilizotiosemikarbazidom (tabela 2). Glavne intermolekulske veze se grade između molekula koordinovane vode kao proton donora i jodidnih jona kao akceptora. Slika 9. Molekulska struktura [Ni(L 1 ) 2 (H 2 O) 2 ]I 2 Osnovna karakteristika svih do sada opisanih kompleksa metala sa S- alkilizotiosemikarbazidima je koordinacija ovih liganada u neutralnoj formi. Međutim, u koordinacionoj hemiji bidentatnih NN derivata S-alkilizotiosemikarbazida, poznati su i ligandi koji se mogu koordinovati ne samo u neutralnoj, već i u monoanjonsko- π- radikalskoj formi pri tom zadržavajući isti način koordinacije. U tu grupu liganada vrlo interesantnih hemijskih i elektronskih osobina, spadaju N 1 i N 1,N 4 mono- i disupstituisani izotiosemikarbazidi. Prvi sintetisani i proučeni kompleksi sa ovom grupom liganada bili su kompleksi Ni(II) i kobalta(iii) sa monosupstituisanim S-alkil-1-fenilizotiosemikarbazidom (H 2 L 2 ). 2 V. M. Leovac, M. V. Rodić, nepublikovani rezultati. 176

202 1 N H 2 N 3 S R 4 NH 2 H 2 L 2 Naime, u reakcijama etanolnih rastvora ovih derivata izotiosemikarbazida sa Ni(OAc) 2 u baznoj sredini, odnosno Co(OAc) 2 uz provođenje vazdušne struje kroz reakcionu smešu nastaju kompleksi koordinacionih formula [Ni(L 2 ) 2 ], odnosno [Co(L 2 ) 2 I], gde je [L 2 ] monoanjon π-radikal S-alkil-1-fenilizotiosemikarbazida [50, 51]: 1 N N 3 S 2 R NH 4 [L 2 ]? Rendgeno-strukturna analiza kompleksa sa S-metil derivatom navedenog liganda je pokazala da niklov kompleks ima kvadratno-planarnu, a kobaltov kompleks kvadratnopiramidalnu strukturu (slika 10). Slika 10. Molekulske strukture kompleksa Ni(II) i Co(III) sa monoanjon π-radikalom S-metil- 1-fenilizotiosemikarbazida Kako se sa slike vidi, oba molekula liganda su koordinovana za izotiosemikarbazide na uobičajeni način, tj. preko terminalnih atoma azota N 1 i N 4. U kompleksu nikla, rastojanja Ni N (Ni N1 = 1,852 Å; Ni N4 = 1,835 Å) su za 0,071, odnosno 0,038 Å kra- 177

203 ća od istih u strukturi, na primer, takođe kvadratno-planarnog kompleksa Ni(II) sa nesupstituisanim izotiosemikarbazidom [Ni(LMe) 2 ]I 2, što govori o učešću i π komponente u Ni N vezi. Analiza međuatomskih rastojanja unutar liganda ukazuje na naglašenu π delokalizaciju elektronske gustine. Pri tome se posebno ističe kratka N1 N2 veza, 1,355 Å, koja je signifikantno kraća ( 0,1 Å) od iste u [Ni(LMe) 2 ]I 2 (1,43 Å). Dužine N2 C3 (1,345 Å) i C3 N4 (1,309 Å), takođe ukazuju na delokalizaciju elektrona, odnosno prisustvo dvostruke C3=N4 veze. Na osnovu objektivne lokalizacije atoma vodonika, te elektronskih i H1 NMR spektara nastajanje anjon-radikalske strukture liganda tokom kompleksiranja objašnjeno je deprotonacijom atoma N 1 i homolitičkim cepanjem N 2 H veze, a kao posledica jednoelektronskog oksidacionog dehidrogenovanja pod uticajem kiseonika iz vazduha. Deprotonaciji podleže upravo N 1 H zbog prisustva na tom atomu azota elektron-akceptorske fenil grupe, koja pojačava kiselost N 1 H protona, a homolitičkom raskidu podleže N 2 H veza, koja se stvara nakon dobro poznate prototropne tautomerije koordinovanih liganada tipa izotiosemikarbazida. Na taj način oba molekula liganda u koordinaciju ulaze kao monoanjoni π-radikalskog tipa, sa po jednim nesparenim elektronom. Magnetna merenja su pokazala da dobijeni kompleks, uprkos radikalskoj prirodi liganda, nije para- već je dijamagnetičan. Ovo je objašnjeno jakom izmenom spinova oba nesparena elektrona posredstvom praznih 4p z orbitala nikla. Slično objašnjenje važi i za kompleks kobalta(iii), s tom razlikom da u ovom slučaju, osim oksidacije polaznog liganda S-metil-N 1 -fenilizotiosemikarbazida, dolazi i do oksidacije kobalta(ii) u kobalt(iii). Ovde je važno napomenuti da izolovani kompleks kobalta(iii) ima kvadratno-piramidalnu strukturu, sa dva anjon π-radikala u bazisnoj ravni i jodido ligandom u apikalnom položaju i kao takav predstavlja jedan od vrlo retkih primera kompleksa kobalta(iii) neoktaedarske strukture [24, 25]. Reakcijom zelenog dijamagnetičnog [Ni(L 2 ) 2 ] i I 2 u toplom hloroformu nastaje mrki paramagnetični [Ni(L 3 ) 2 I 2 ] 2CHCl 3 kompleks, gde je L 3 neutralni molekul 1-fenilazotiometilkarboksimid, koji nastaje oksidacijom anjonskog radikala [L 2 ] [52]. 1 N N 3 S 2 R NH 4 L 3 Vrednost μ eff (3,09 μb) ukazuje na oktaedarsku strukturu dobijenog kompleksa, koja je dokazana rendgeno-strukturnom analizom. Naime, ova analiza je pokazala da dobijeno jedinjenje ima trans-oktaedarsku strukturu sa N 4 I 2 setom koordinirajućih atoma (slika 11). U odnosu na kvadratno-planarni [Ni(L 2 ) 2 ] kompleks, rastojanja Ni N (Ni N1 = 2,091 Ni N4 = 2,027) su uvećana, što je inače karakteristično za oktaedarske komplekse Ni(II) sa S-alkilizotiosemikarbazidima (tabela 3). Međutim, suštinske razlike se javljaju u dužinama nekih intra-ligand veza. Tako, dužina C3 N2 veze (1,44 Å) približava se standardnim vrednostima za jednostruku C N vezu (1,47 Å). S druge strane, rasto- 178

204 janja N1 N2 = 1,23 Å i C3 N4 = 1,26 Å imaju vrednosti tipične za odgovarajuće dvostruke veze. Osim navedenog, sa većim viškom I 2, dobijen je trans-oktaedarski di(trijodido) kompleks [Ni(L 3 ) 2 (I 3 ) 2 ], sličnih strukturnih karakteristika kao i dijodido kompleks (slika 11) [52]. Rastojanja Ni I su 2,763 Å kod dijodido, odnosno 2,798 Å kod di(trijodido) kompleksa. Rastojanja u I 3 su uobičajena i iznose 3,117 i 2,795 Å. Slika 11. Molekulske strukture oktaedarskih kompleksa Ni(II) sa 1-fenilazotio metil karboks imidom (L 3 ) 179

205 Tabela 3. Geometrijski parametri kompleksa metala sa monoanjonom π radikalom S-metil-1-fenilizotiosemikarbazida ([L 2 ] ) i 1-fenilazotiometilkarboksimidom (L 3 ) [Ni(L 2 ) 2 ] [Ni(L 3 ) 2 I 2 ] [Ni(L 3 ) 2 (I 3 ) 2 ] [Ni(L 3 ) 3 ](I 3 ) 2 [Co(L 2 ) 2 I] [Fe(L 2 ) 2 Cl] [Fe(L 2 ) 2 SCH 3 ] M N1 1,849(3) 2,091(8) 2.068(3) M N4 1,836(2) 2,027(8) 2.099(2) C3 N2 1,346(4) 1,44(1) 1.440(4) C3 N4 1,310(4) 1,27(1) 1.289(4) N1 N2 1,355(3) 1,23(1) 1.260(3) S C3 1,751(2) 1,72(1) 1.736(3) S C(Me) 1,789(4) 1,79(2) 1.811(3) N1 C(ph) 1,426(4) 1,46(1) 1.443(4) N1C 1.440(4) N4C N1 M N4 81,1(1) 75,2(3) 75.14(10) 2.144(5) 2.168(5) 2.180(5) 2.031(5) 2.019(5) 2.030(5) 1.446(7) 1.433(8) 1.437(7) 1.276(7) 1.281(8) 1.273(7) 1.255(7) 1.273(7) 1.265(6) 1.722(6) 1.726(6) 1.725(5) 1.798(7) 1.788(6) 1.791(7) 1,858(3) 1,865(3) 1,345(4) 1,299(4) 1,325(5) 1,742(2) 1,796(5) 1,430(5) 75.64(19) 75.93(18) 75.03(17) 79,8(1) 1.888(2) (19) 1.892(2) 1.882(2) 1.352(3) 1.350(4) 1.313(3) 1.307(3) 1.339(3) 1.334(3) 1.803(3) 1.793(4) 1.803(3) 1.793(4) 1,423(3) 1.423(4) 79.10(9) 79.06(9) 1,8758(9) 1,8936(9) 1,894(1) 1,884(1) 1,348(1) 1,343(1) 1,320(1) 1,318(1) 1,341(1) 1,341(1) 1,754(1) 1,755(1) 1,802(1) 1,805(1) 1,422(1) 1,420(1) 79,26(4) 79,21(4) M L ax 2,763(1) 2,76(1) 2,587(1) 2,2863(6) 2,2313(3) Lit. [53] [53] [52] [53] [51] [54] [54] 180

206 Na kraju, osim ovih bis-l 3 kompleksa sa Ni(II), K. Wieghardt i sar. sintetisali su i rendgenostrukturno okarakterisali i tris-l 3 kompleks formule [Ni(L 3 ) 3 ](I 3 ) 2 (slika 12), koji za sada predstavlja jedini primer tris-itsc kompleksa [53]. Kompleks je dobijen laganim uparavanjem filtrata pri sintezi [Ni(L 3 ) 2 I 2 ] 2CHCl 3. U ovom kompleksu Ni N1 veze se nalaze u granicama 2,144 2,180 Å, a Ni N4 veze 2,030 2,019 Å (tabela 3). Slika 12. Molekulska struktura katjona [Ni(L 3 ) 3 ] 2+ U navedenom radu K. Wieghardta [53] opisane su sinteze i različite fizičko-hemijske karakteristike kompleksa Ni(II) sa još dva bidentatna π radikal monoanjona: S-metil-1-p-nitrofenilizotiosemikarbazida (H 2 L 4 ) i S-metil-1-p-metoksifenilizotiosemikarbazida (H 2 L 5 ) formula [Ni(L 4,5 ) 2 ], analognih magnetnih i strukturnih karakteristika sa [Ni(L 2 ) 2 ]. O 2 N MeO 1 N H 2 N 3 S Me 4 NH 2 1 N H 2 N 3 S Me 4 NH 2 H 2 L 4 H 2 L 5 Za razliku od kompleksa Ni(II) i Co(III) koji su dobijeni u atmosferi vazduha, tamnozeleni kristali kompleksa Fe(III) opšte formule [Fe(L 2 ) 2 X] (X = Cl, CH 3 S ) su dobijeni u inertnoj atmosferi (Ar), reakcijama odgovarajućih soli Fe(III) i liganda S-metilizotiosemikarbazidijumtrifluorometansulfonata ([H 3 L 2 ]CF 3 SO 3 ) u prisustvu trietilamina (Et 3 N) (šema 3) [54]. 181

207 FeCl 3 + [H 3 L 2 ]CF 3 SO 3 [Fe(dmf) 6 ](ClO 4 ) 3 + [H 3 L 2 ]CF 3 SO 3 Me 2 CO, Et 3 N 80ºC MeOH, Et 3 N refluks [Fe(L 2 ) 2 Cl] [Fe(L 2 ) 2 (SCH 3 )] Šema 3. Reakcije soli Fe(III) sa S-metilizotiosemikarbazidijumtrifluorometansulfonatom Nastajanje metiltiolato liganda je rezultat oksidacione degradacije dela H 2 L 2 liganda u baznim uslovima i povišenoj temperaturi. Oba kompleksa, slično kompleksu Co(III), imaju kvadratno-piramidalnu strukturu sa dva trans NN koordinovana π-radikal mono anjona liganda u bazisnoj ravni i hlorido, odnosno metiltiolato liganda u apikalnom položaju (slika 13). Dužine Fe N veza, kao i intraligandnih veza, su u oba kompleksa praktično identične (tabela 3). Helatni uglovi u oba kompleksa su takođe, ne samo međusobno identični ( 79 ), već su praktično identični i sa uglovima u strukturama kompleksa Ni(II) i Co(III). Slika 13. Molekulske strukture kompleksa Fe(III) sa monoanjon π-radikalom S-metil-1-fenilizotiosemikarbazida Za razliku od dijamagnetičnih kompleksa Ni(II) i Co(III) (S = 0), sa ovim ligandom kompleksi Fe(III) su paramagnetični (S = 1/2). Niskospinsko stanje kompleksa Fe(III) su rezultat antiferomagnetne interakcije intermedijarnog spinskog stanja Fe(III) (S = 3/2) sa π radikalima dva koordinovana liganda Kompleksi Ni(II) i Cu(II) sa N 1,N 4 -disupstituisanim izotiosemi karbazidima Sa Ni(II) poznati su bis-ligand neutralni kompleksi opšte formule [Ni(L 6 9 )2] [53, 55, 56] sa anjon π-radikalskim formama i N 1,N 4 -disupstituisanih S-metilizotio semikarbazida i to: S-metil-1-fenil-4-fenilizotiosemikarbazida (H 2 L 6 ), S-metil-1-fenil-4-o-metoksifenilizotiosemikarbazida (H 2 L 7 ), S-metil1-p-nitrofenil-4-fenililizotiosemi karbazida (H 2 L 8 ) i S-metil-1-p-metoksi-4-fenilizotiosemikarbazida (H 2 L 9 ). 182

208 1 N H N 3 2 HN 4 S Me 1 N H N 3 2 HN 4 S Me MeO H 2 L 6 H 2 L 7 O 2 N OMe 1 N H N 3 2 HN 4 S Me 1 N H N 3 2 HN 4 S Me H 2 L 8 H 2 L 9 O 2 N 1 N N 2 3 N 4 S Me L 10 Anjon radikalske forme ovih liganada, kao i u slučaju ranije pomenutog monosupstituisanog 1-fenil derivata, nastaju deprotonacijom hidrazinskog N 1 azota i nakon prelaska atoma vodonika sa N 4 na N 2 atom homolitičkog cepanja N 2 H veze, što ima za posledicu stvaranje nestabilnih monoanjon π-radikala i njihovu stabilizaciju koordinacijom sa Ni(II). Rendgenska strukturna analiza nekih od ovih (slika 14) je pokazala da isti imaju tetraedarsku strukturu, što predstavlja principijelnu razliku u odnosu na ranije diskutovane komplekse nikla sa monosupstituisanim 1-fenil derivatom, koji su kvadratno-planarni. Ova promena koordinacionog poliedra je po mišljenju autora verovatno posledica sternih smetnji uzrokovanih prisustvom voluminoznih grupa u položajima N 1 i N 4, kao i slabijim ligandnim poljem ovi derivata izotiosemikarbazida. Ono što je posebno interesantno kod ovih kompleksa je njihova dijamagnetičnost, što predstavlja takođe bitnu razliku u odnosu na ogromnu većinu tetraedarskih kompleksa Ni(II) koji su paramagnetični [24]. Dijamagnetizam jedinjenja objašnjen je upravo 183

209 anjon radikalskim karakterom koordinovanih liganada. Naime, za razliku od kvadratno-planarnih kompleksa sa ovom klasom liganada, kod kojih se singletno stanje postiže na račun jake izmene spinova nesparenih elektrona dva anjon radikala, posredstvom centralnog atoma, u tetraedarskim jedinjenjima dijamagnetizam je uslovljen pojavom dva nezavisna pseudoaromatična sistema. Pet π elektrona svakog anjon radikala sparuje se sa jednim od elektrona centralnog atoma obrazujući u petočlanom metalociklu šestoelektronski π sistem. Prisustvo delokalizacije potvrđuje se pri analizi međuatomskih rastojanja u strukturama ovih jedinjenja sa analognim parametrima u drugim kompleksima Ni(II) sa S-alkilizotiosemikarbazidima (tabele 2 4). Slika 14. Molekulske strukture tetraedarskih kompleksa [Ni(L 7 9 ) 2 ] Slično reakciji dijamagnetičnog kvadratno-planarnog kompleksa [Ni(L 2 ) 2 ] sa I 2 koja daje oktaedarski [Ni(L 3 ) 2 (I 3 ) 2 ], kompleks analognog sastava nastaje i pri reakciji tetraedarskog kompleksa [Ni(L 8 ) 2 ] sa ekvivalentnom količinom joda, formule [Ni(L 10 ) 2 (I 3 ) 2 ] (slika 15). Za razliku od ove reakcije, reakcija tetraedarskog [Ni(L 9 ) 2 ] sa I 2 u CHCl 3 rezultira demetalacijom kompleksa i izdvajanjem slobodnog liganda, čija je molekulska struktura određena rendgeno-struktunom analizom. 184

210 Slika 15. Molekulska struktura trans-oktaedarskog kompleksa [Ni(L 10 ) 2 (I 3 ) 2 ] Tabela 4. Geometrijski parametri tetraedarskih kompleksa Ni(II) sa N 1,N 4 -disupstituisanim derivatima S-metilizotiosemikarbazida Ni N1 Ni N4 C3 N2 C3 N4 N1 N2 S C3 S C(Me) N1 C(ph) N4 C N1 Ni N4 [Ni(L 7 ) 2 ] [53] [Ni(L 8 ) 2 ] [53] [Ni(L 9 ) 2 ] [56] 1.884(5) 1.891(5) 1.896(5) 1.915(5) 1.351(8) 1.359(8) 1.324(8) 1.338(8) 1.344(7) 1.340(7) 1.757(7) 1.755(6) 1.803(8) 1.799(7) 1.413(7) 1.442(8) 1.430(8) 1.431(8) 80.2(2) 80.6(2) (10) (10) (10) (10) (14) (14) (14) (15) (13) (13) (10) (12) (13) (13) (14) (14) (14) (15) 80.39(4) 80.20(4) (14) (13) 1.346(2) 1.328(2) (19) (16) (19) 1.418(2) 1.411(2) 80.68(6) Na kraju, osim navedenih mono- i disupstituisanih derivata izotiosemikarbazida, koji se bez izuzetka koordinuju kao bidentatni NN ligandi, u literaturi [57] je opisana sinteza i struktura tetradentatnog N 2 O 2 liganda S-metil-1-di(metilacetat)-4-fenilizotiosemikarbazida (L 11 ) i njegovog kompleksa sa CuBr 2 formule [Cu(L 11 )Br 2 ]. 185

211 Me O O Me S 2 3 HN 4 N N 1 O O Me L 11 Mrki prizmatični monokristali kompleksa dobijeni su reakcijom MeOH rastvora jodidne soli liganda na sobnoj temperaturi. Ovo znači da u navedenoj reakciji, bez obzira na prisustvo jodida, nije došlo do redukcije Cu(II), što je inače slučaj sa reakcijama Cu(II) sa jodidnom soli S-alkilizotiosemikarbazida. Verovatni razlog za ovo je uvećana dentatnost, odnosno, polihelatni karakter N 2 O 2 liganda koji stabilizuje više (+2) oksidaciono stanje bakra. Na slici 16 prikazana je molekulska struktura kompleksa. Kako se sa slike vidi, bakar se nalazi u oktaedarskom okruženju dva terminalna izotiosemikarbazidna atoma azota (N1 i N4) i dva bromido liganda u ekvatorijalnoj ravni i dva atoma kiseonika obeju estarskih grupa u aksijalnom položaju. S obzirom na to da su Cu O veze izrazito neekvivalentne (2,376 i 2,717 Å) i signifikantno duže od Cu N veza, koordinacija centralnog atoma se može opisati kao 4+1+1, što je tipično za heksakoordinovane komplekse Cu(II) sa slabije vezanim aksijalnim ligandima [58]. Kao i u slučaju kompleksa sa drugim neutralnim izotiosemikarbazidima, i u ovom kompleksu ligand se koordinuje u imino formi, zbog čega je Cu N4 veza kraća (1,986 Å) od Cu N1 veze (2,197 Å). Oba atoma broma se nalaze na praktično istom rastojanju od bakra (Cu Br1/Br2 = 2,401/2,399 Å). Slika 16. Molekulska strukura [Cu(L 11 )Br 2 ] 186

212 ZAKLJUČCI Na osnovu dosadašnjih rezultata proučavanja S-alkilizotiosemikarbazida kao liganada, mogu se izvesti sledeći zaključci: 1. Za razliku od tiosemikarbazida sa kojim su sintetizovani mnogobrojni kompleksi sa ogromnom većinom prelaznih metala, broj kompleksa sa S-alkilizotiosemikarbazidima je mnogo manji i ograničeni su na komplekse Ni(II), Cu(II), Co(III), Fe(III) i Zn(II), među kojima preovladavaju kompleksi Ni(II). 2. Svi analizirani S-alkilizotiosemikarbazidi za koordinaciju koriste terminalne atome azota (N1 i N4) gradeći petočlani metalocikl. Pri tome se ovi ligandi koordinuju u amino formi koja nastaje migracijom atoma vodonika sa N4H 2 grupe na susedni N2 atom. 3. Sa stanovišta geometrijske strukture, a u zavisnosti od ligand partnera, sa Ni(II) ovi ligandi daju dva tipa kompleksa: kvadratno-planarne (dijamagnetične) opšte formule [NiL 2 ]X 2 (X = Cl, Br, I) i oktaedarske (paramagnetične) komplekse opštih formula [Ni(LMe) 2 A 2 ] 2+ (A = H 2 O, Py, Pz, Im), odnosno [Ni(LMe) 2 X 2 ] 2+ (A = NCS, NCSe, NO 2, NO 3 ). Čvrsti dijamagnetični kompleksi u vodenom, odnosno alkoholnim rastvorima (MeOH, EtOH) prelaze u paramagnetične oktaedarske komplekse, a na račun koordinacije dva molekula rastvarača u aksijalnim položajima. 4. Izuzev kvadratno-piramidalnog kompleksa [Cu(LMe) 2 SO 4 ] koji predstavlja cisizomer, svi rendgenostrukturno okarakterisani kvadratno-planarni i oktaedarski kompleksi Ni(II) predstavljaju centrosimetrične trans-izomere. 5. Analiza dužina M L veza pokazuje da je M N1 veza duža od M N4 veze, što govori o boljoj elektron-donorskoj sposobnosti N4 atoma. 6. Na primerima kompleksa Ni(II), Co(III) i Fe(III) je pokazano da uvođenje fenil grupe u položaju 1, odnosno 1 i 4, iz osnova menja elektronska, a time i hemijska svojstva izotiosemikarbazida, ali ne i način koordinacije. Naime, N1-fenil supstituisani derivati sa navedenim metalima se koordinuju u monoanjonskoj π-radikalskoj formi, gradeći sa Ni(II) i Co(III) dijamagnetične kvadratno-planarne [Ni(L ) 2 ], odnosno kvadratno-piramidalne [Co(L ) 2 I] komplekse. Sa Fe(III) nastaju niskospinski (S = 1/2) kvadratno piramidalni kompleksi opšte formule [Co(L ) 2 X] (X = Cl, SCH 3 ). 7. Za razliku od 1-fenil supstituisanih derivata izotiosemikarbazida, 1,4 dsupstituisani derivati sa Ni(II) takođe daju bis-ligand neutralne dijamagnetične komplekse, ali kojim imaju tetraedarsku strukturu. Tetraedarska strukura ovih kompleksa je posledica sternih zahteva voluminoznih fenil grupa. Dijamagnetizam kompleksa Ni(II) i Co(III), te nisko-spinsko stanje kompleksa Fe(III) objašnjeno je jakim antiferomagnetnim interakcijama spinova nesparenih elektrona centralnog atoma sa dva molekula π-radikala liganda. 8. Reakcijom hloroformskog rastvora dijamagnetičnih kvadratno-planarnih i tetraedarskih kompleksa Ni(II) sa I 2 dolazi do oksidacije anjon π-radikala S-metil-1-fenilizotiosemikarbazida i nastajanje paramagnetičnih oktaedarskih kompleksa sa neutralnim 1-fenilazotiometilkarboksimidom (L 3 ) formula [Ni(L 3 ) 2 I 2 ], [Ni(L 3 ) 2 (I 3 ) 2 ] i [Ni(L 3 ) 3 ](I 3 )

213 9. Osim navedenih kompleksa, sa bidentatnim NN derivatima ITSC za sada je poznat samo jedan kompleks sa tetradentatnim N2O2 ligandom, derivatom ITSC: S- metil-1-di(metilacetat)-4-fenilizotiosemikarbazid, koji sa CuBr 2 daje heksakoordinovani kompleks deformisane oktaedarske strukture formule [Cu(L)Br 2 ] sa izrazito neekvivalentnim trans Cu O vezama (koordinacija 4+1+1). 10. Komparativna analiza tio- i izotiosemikarbazida kao liganada pokazuje kako sličnosti tako i razlike. Naime, zajedničko za ova dva liganda je to da se koordinuju bidentatno gradeći petočlane metalocikle, ali razlika se očituje u različitom setu donornih atoma: NS kod TSC, odnosno NN kod ITSC liganada. S obzirom na to da je sa tiosemikarbazidom sintetizovan mnogo veći broj kompleksa sa skoro svim prelaznim metalima, može se zaključiti da su ligandne sposobnosti tiosemikarbazida bolje od njegovog S-alkilovanog analoga. Osim u neutralnoj, tiosemikarbazid se može koordinovati i u monoanjonskoj (tiolato) formi, što nije slučaj sa S-alkilizotiosemikarbazidom, koji se koordinuje u neutralnoj formi. 11. Sa oba liganda najveći broj kompleksa sintetizovan je sa Ni(II), pri čemu ovaj metal sa ITSC gradi samo bis-, za razliku od TSC koji sa navedenim metalom gradi ne samo bis-, već i tris-ligand komplekse. LITERATURA 1. K.A. Jensen, E. Rancke-Madsen, Z. Anorg. Alg. Chem., 219 (1934) K.A. Jensen, Z. Anorg. Alg. Chem., 221 (1934) G. Domagk, R. Behnich, F. Mietzch, H. Schmidt, Naturwissen., 33 (1946) M.J. Campbell, Coord. Chem. Rev., 15 (1975) L.I. Petuhov, G.F. Volodina, A.V. Ablov Struktura koordinatsionikh soedinenii perekhodnih metalov s tiosemikarbazidom u Kristalokhimiya neorganicheskih soedinenii Izdateljstvo Štintsa Kishinev, 1976, str S. Padhye, G.B. Kauffman, Coord. Chem. Rev., 63 (1985) D.X. West, S.B. Padhye, P.B. Sonawane, Struct. Bond. 76 (1991) D.X. West, A.E. Liberta, S. B. Padhye, R.C. Chikate, P.B. Sonawane, A.S. Kumbhar, R.G. Yeranade, Coord. Chem. Rev., 123 (1993) J.S. Casas, M.S. Garcia-Tacende, J. Sordo, Coord. Chem. Rev., 209 (2000) H. Beraldo, Qumica Nova, 27 (2004) H. Beraldo, D. Gambino, Mini-Rev. Med. Chem., 4 (2004) T.S. Lobana, R. Sharma, G. Bawa, S. Khanna, Coord. Chem. Rev., 253 (2009) N.V. Gerbeleu, M.D. Revenko, V.M. Leovac, Zhur. Neorg. Khim., 22 (1977) M. Freund, A. Schander, Ber., 29 (1896) V.M. Leovac, M. Babin, V. Canić, N.V. Gerbeleu, Z. Anorg. Alg. Chem., 471 (1980) S.B. Novaković, G.A. Bogdanović, V.M. Leovac, Inorg. Chem. Commun., 8 (2005) P.N. Bourosh, M.D. Revenko, Yu.A. Simonov, N.V. Gerbeleu, A.A. Dvorkin, T.I. Malinovskii, Dokl. Akad. Nauk. SSSR, 293 (1987)

214 18. M.D. Revenko, N.V. Gerbeleu, N.I. Vyrtosu, Koord. Khim., 13 (1987) G.A. Bogdanović, V.M: Leovac, S.B. Novaković, V.I. Češljević, A. Spasojević-de Biré, Acta Cryst., C57 (2001) M.D. Revenko, P.N. Bourosh, N.V. Gerbeleu, Yu.A. Simonov, N.I. Vyrtosu, T.I. Malinovskii, Koord. Khim., 15 (1989) V.M. Leovac, V.I. Češljević, S.S. Lakčević, V.D. Canić, Zbornik radova Prirodnomatematičkog fakulteta Novi Sad, 12 (1982) V.M. Leovac, A.F. Petrović, S.R. Lukić, S. Carić, Z. Anorg. Alg. Chem., 570 (1989) K. Nakamoto, Infrared and raman spectra of inorganic and coordination compounds, 6th Ed, John Wiley & Sons, F.A. Cotton, G. Wilkinson, C.A. Murillo, M. Bochmann, Advanced inorganic chemistry, 6th Ed, John Wiley & Sons, R. Grobelny, M. Melnik, J. Mrozinski, Cobalt coordination compounds. Classification and analysis of crystallographic and structural data, Dolnoslaskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wroclaw, Gy. Argay, A. Kálmán, B. Ribar, V.M. Leovac, A.F. Petrović, Monats. Chem., 114 (1983) A. Forni, J. Gradinaru, Acta Cryst., C58 (2002) o M. Botoshanskii, P.N. Bourosh, M.D. Revenko, I.D. Korzha, Yu.A. Simonov, T., J. Struct. Chem., 50 (2009) R.Takjoo, A. Akbari, M. Ahmadi, H.A. Rudbari, G. Bruno, Polyhedron, 55 (2013) S.G. Shova, Yu.A. Simonov, V.B. Arion, M.D. revenko, T.I. Malinovskii, Dokl. AN SSSR, 282 (1985) L. Cavalca, M. Nardelli, G. Fava, Acta Cryst., 15 (1962) a. V.Divjaković, V.M. Leovac, III Congresso Italo-Yugoslavo, Parma (1979) Abstracts, pp. 68; b. A. Dobrov, V.B. Arion, S. Shova, A. Roller, E. Rentschler, B.K. Keppler, Eur. J. Inorg. Chem., (2008) V. Divjaković, V.M. Leovac, B. Ribar, Zbornik radova Prirodno-matematičkog fakulteta Novi Sad, 13 (1983) D.Ž. Obadović, V. Divjaković, V.M. Leovac, Polyhedron, 16 (1997) V. Divjaković, Zbornik radova Prirodno-matematičkog fakulteta Novi Sad, 14 (1984) R.G. Hazel, Acta Chem. Scand., 26 (1972) R.G. Hazel, Acta Chem. Scand., 22 (1968) R.G. Hazel, Acta Chem. Scand., 30 (1976) N.V. Gerbeleu, M.D. Revenko, P.N: Bourosh, Yu.A. Simonov, V.K. Bel skii, S.G. Shova, Koord. Khim., 13 (1987) V.M. Leovac Lj.S. Vojinović-Ješić, S.A. Ivković, M.V. Rodić, Lj.S. Jovanović, B. Holló, K. Mészáros Szécsényi, J. Serb. Chem. Soc., 79 (2014) A.W. Addison, T.N. Rao, J. Reedijk, J. van Rijn, G.C. Verschoor, J. Chem. Soc. Dalton Trans. (1984) A.Ch. Villa, A.G. Manfredotti, C. Guastini, Cryst. Struct. Commun., 1 (1972)

215 43. D. Petrović, S. Carić, V. Leovac, V. Canić, Cryst. Struct. Commun., 18 (1979) D. Petrović, V.M. Leovac, D. Lazar, Cryst. Struct. Commun., 10 (1981) A.C. VIlla, A.G. Manfredotti, C. Guastini, Cryst. Struct. Commun., 1 (1972) S.B. Novaković, Z.D. Tomić, V. Jeftović, V.M. Leovac, Acta Cryst., C58 (2002) R.G. Hazzel, Acta Chem. Scand. A, 30 (1976) L. Cavalca, M. Nardelli, G. Branchi, Acta Cryst., 13 (1960) M. Nardelli, G. Chierici, Ricerca Scient., 30 (1960) M.D. Revenko, Yu.A. Simonov, N.I. Virtosu, N.V. Gerbeleu, P.N. Bourosh, V.K. Bel skii, K.M. Indrichan, Zhur. Neorg. Khim., 33 (1988) M.D. Revenko, N.V. Gerbeleu, Yu.A. Simonov, P.N. Bourosh, N.I. Virtosu, A.N. Sobolev, T.I. Malinovskii, Dokl. Akad. Nauk. SSSR, 300 (1988) M.D. Revenko, N.I. Virtosu, NV. Gerbeleu, Yu.A. Simonov, P.N. Bourosh, A.N. Sobolev, Zhur. Neorg. Khim., 33 (1998) S. Blanchard, F. Nesse, E. Bothe, E. Bill, T. Weyhermuller, K. Wieghardt, Inorg. Chem., 44 (2005) S. Blanchard, E. Bill, T. Weyhermuller, K. Wieghardt, Inorg. Chem., 43 (2004) Yu.A. Simonov, L.P. Battaglia, A.P. Corradi, G. Pelosi, M.D. Revenko, N.V. Gerbeleu, Acta Cryst., C47 (1991) P.N. Bourosh, M.D. Revenko, L.A. Timco, Yu.A. Simonov, Zhur. Neorg. Khim., 44 (1999) V.Kh. Kravtsov, Yu.A. Simonov, O.A. Bologa, V.I. Lozan, N.V. Gerbeleu, J. Struct. Chem., 39 (1998) L. Hatwey, Copper, u Comprehensive coordination chemistry, Pergamon Press, Oxford, 1987, str ZAHVALNICA Autori se zahvaljuju Pokrajinskom sekretarijatu za nauku i tehnološki razvoj na finansijskoj podršci i dr Goranu Bogdanoviću, naučnom savetniku Instituta za nuklearne nauke Vinča, Beograd za pretragu Kembričke banke strukturnih podataka. 190

216 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Livija Cvetićanin, Ivana Kovačić* PROUČAVANJE I RAZVOJ METODA PRORAČUNA VIBRACIONIH KARAKTERISTIKA SISTEMA KONSTRUKCIJA KOJE SE PROJEKTUJU APSTRAKT: Tehničko-tehnološki sistemi kod kojih je ključni radni element rotor (vratilo-disk sistem) izloženi su dejstvu vibracija koje se generišu u toku rada. Analiza vibracija vršena je na modelu kao realno izvedenom sistemu. Pri formiranju modela uzeti su u obzir nelinearnosti koje mogu biti geometrijskog tipa ili fizičkog porekla. Na taj način dat je tačan kvalitativni opis sistema kao i fenomena koji se javljaju, i omogućena je precizna kvantifikacija vibracija. U okviru ovog projekta razvijane su metode za određivanje vibracionih karakteristika sistema. Tačnost metoda proverena je na već izvedenim sistemima poređenjem sračunatih vrednosti sa izmerenim podacima. Nakon toga, metod je primenjen i na konstrukcije koje se tek projektuju kako bi se rizik od pojave štetnih vibracija sveo na najmanju moguću meru. Za donošenje odluke primenjena je višekriterijumska metoda odlučivanja. Ključne reči: vibracije rotora, nesaosnost, neuravnoteženosti, naprslina, višekriterijumsko odlučivanje. UVOD Jedan od kriterijuma za procenu vrednosti fabrike je stanje mašinskih postrojenja koja treba da obave proizvodni proces. Kako je stavljanje u pogon mašina i postrojenja za proizvodnju u fabrici obično istovremeno, može se očekivati da će i radni vek mašina biti približno isti, odnosno da će mašine u fabrici istovremeno da zastare. Pri kupovini mašina za fabriku vrlo često se vodi računa o tome da radni vek pojedinih postrojenja, pre svega ključnih, bude po mogućstvu isti, kako bi njihova zamena, odnosno eliminacija iz pogona išla istovremeno. Na taj način je omogućeno da se zbog zastarelosti opreme nakon određenog broja godina vrši osavremenjavanje pogona sa ciljem povećanja efikasnosti rada, smanjenja zagađenosti životne i radne sredine, povećanje energetske efikasnosti itd. Međutim, * Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, Trg D. Obradovića 6, Novi Sad, Srbija; cveticanin@uns.ac.rs 191

217 fabrike koje su kod nas sagrađene pre pedeset i više godina još uvek su u radu sa istim mašinskim parkom sa kojim su i napravljene, pa se postavlja pitanje kako može da se da ocena o radnoj sposobnosti takve fabrike i pojedinih postrojenja i da li je njihov rad moguć i nakon isteka proračunatog radnog veka. Pored toga, pitanje je i koliko takva fabrika vredi s obzirom na realno stanje mašina i njihovu radnu sposobnost i efikasnost. Obično se vrednost fabrike procenjuje na osnovu čisto ekononomskih pokazatelja u smislu administracije (uložena sredstva, amortizacija...), a ne vodi se računa o realnom stanju mašina u proizvodnom procesu i realnoj efikasnosti. Naime, može se desiti da su ekonomski pokazatelji vrlo povoljni, a da je stanje proizvodnog sistema krajnje loše, ali i obrnuto. Procenu radne sposobnosti mašina moguće je vršiti na bazi različitih pokazatelja. Preporučuje se primena takvih tzv. Nedestruktivnih metoda koje se zasnivaju na podacima koji se dobijaju merenjem, a sam postupak merenja ne zahteva zaustavljanje proizvodnog procesa, niti rastavljanje postrojenja i demontažu mašina. Fizičke karakteristike čije praćenje se preporučuje su: 1. temperatura, 2. analiza ulja, 3. vibracije, 4. buka. Praćenje temperature ležaja tokom rada postrojenja predstavlja jedan od najjednostavnijih metoda za analizu rada mašine. Kod istrošenog ležaja povećava se trenje što dovodi do porasta temperature samog ležaja ili sredstva za podmazivanje. Međutim, podatak o temperaturi ležaja ne može da bude siguran pokazatelj radne sposobnosti postrojenja. Naime, porast temperature je obično praćen povećanom bukom i vibracijama. Tek kombinacija podataka o temperaturi i vibracijama, odnosno buci, može da se koristi za ocenu radne sposobnosti. Monitoring sastava sredstva za podmazivanje (ferografija) takođe može da posluži kao metod za praćenje radne sposobnosti mašine. Analiza može da upozori na prisustvo stranih čestica, kao što je voda, u sredstvu za podmazivanje. Ove čestice mogu da degradiraju mazivne sposobnosti ulja i da dovedu do otkazivanja ležaja. Pored toga, ferografijom se detektuju metalne čestice koje nosi uljna struja. Analizom ovih metalnih delića može se ustanoviti koji deo mašine se haba i koliko je brz taj proces. Analiza sredstva za podmazivanje daje najranije znake narastajućeg problema. Buka predstavlja jedan od najmoćnijih pokazatelja radne sposobnosti mašine. Zvuk je dostupan i pažljivim slušanjem može da se uoči razlika između zvuka ispravne mašine i mašine kod koje je došlo do oštećenja. Zvuk se meri bukomerom i nivo zvuka se daje u db, a najčešće u db(a) pri korišćenju A filtera. Nivo dozvoljene buke mašina je propisan i dat međunarodnim standardima. Vibracije se smatraju jednim od najpogodnijih parametara rada mašine za davanje ocene o radnoj sposobnosti mašine, kao i dijagnostikovanje oštećenja i vrste oštećenja (Bently and Muszynska, 1986, Bently, 1989, Cveticanin, 1990). Mnogi problemi pri radu mašine se ispoljavaju preko značajnih vibracija. Neuravnoteženost rotora, nesaosnost, mehanička razlabavljenost, strukturna rezonansa, nepravilnost pri sprezanju zuba zup- 192

218 čanika su samo neki od defekata koji se mogu detektovati vibracijama. Cilj ovog istraživanja je da se ispita mogućnost donošenja odluke o stanju postrojenja, energetskoj efikasnosti i kvalitetu radne sposobnosti koristeći podatke dobijene vibracionom analizom. Literatura koja se bavi vibracijama mašina kao detektorom radne sposobnosti je vrlo bogata i detaljna (npr.: Bently and Muszynska, 1986, - Bruel-Kjaer, 1987, Bently, 1989, Cveticanin, 1990, 2013, 2014). Ovom problemu je posvećena velika pažnja, pa je organizovano i više skupova na kojima se razmatrao problem detekcije oštećenja vibracionom analizom. Međutim, ono što je ostalo neadekvatno rešeno je kako na osnovu podataka vibracione analize doneti ocenu o radnoj sposobnosti ne pojedinačne mašine, već čitavog sistema kao celine. U ovom istraživanju je primenjen metod višekriterijumskog odlučivanja i primenjen na jednu konkretnu procesnu fabriku. Rad je podeljen na 4 poglavlja. Posle Uvoda u Poglavlju 2 dat je opis načina merenja vibracija. Kriterijum za procenu radne sposobnosti svake mašine pojedinačno dat je na osnovu efektivne brzine oscilovanja pri čemu je izmerena vrednost poređena sa standardima utvrđenim veličinama. U poglavlju 3 dato je tumačenje o ponašanju mašina na bazi frekventne analize. Pokazano je da podaci frekventne analize ukazuju na neuravnoteženost, nesaosnost, razlabavljenost, inicijalne prskotine, loše sprezanje zuba zupčanika. U poglavlju 4 dat je primer vibrodijagnostike stanja mašine na osnovu podataka dobijenih merenjem oscilacija. Poglavlje 5 daje prikaz postojećih metoda za procenu radnog veka mašina na osnovu podataka o vibracijama. Poglavlje 6 prikazuje primenu višekriterijumske metode odlučivanja za procenu stanja čitavog postrojenja. Rad se završava Zaključkom i navođenjem literature. MERENJE VIBRACIJA Vibracije mašina smo merili uređajem koji mehaničku energiju oscilovanja pretvara u električnu. Naime, merač vibracija transformiše mehaničku vibracionu energiju akcelerometra u električni signal i prikazuje izmerenu veličinu kao broj. Senzor merača prima mehanički signal, pretvarač transformiše energiju, a pokazivač (analogni ili digitalni) daje vrednost po određenoj skali. Merač vibracija je neka vrsta elektronskog stetoskopa. Može se koristiti kao zaseban uređaj za sakupljanje podataka o vibracijama radi ocene trenda ili kao dijagnostički instrument za utvrđivanje greške na mašini. Pred kontrolora vibracija postavljaju se sledeća pitanja: Kako meriti vibracije? Gde meriti vibracije? Kako valorizovati podatke dobijene merenjem vibracija? Merenje vibracija je vršeno pri normalnim ustaljenim radnim uslovima mašine. Na primer, kada rotor, kućište i glavni ležaji dostignu radnu temperaturu i kada mašina radi pri ustaljenom režimu (na primer pri stalnom naponu, protoku, pritisku i opterećenju). Kod mašina koje rade pri promenljivoj brzini ili opterećenju, merenje je vršeno kako pri svim vršnim (ekstremalnim) uslovima tako i pri uslovima između graničnih. Zabeležena je maksimalna veličina, tj. jačina vibracija. 193

219 Senzori uređaja postavljeni su u strateške tačke na mašini tako da prate stanje mašine tokom rada (slika 1). Mesto na kojem je vršeno merenje je obično bio statorski deo ležaja. Najpodesnije mesto za merenje vibracija je na ispupčenom delu kućišta ležaja u zoni u kojoj je ležaj opterećen. Odabrane su tačke u kojima je signal najjači. Izbegavane su obojene površine, zone ležaja bez opterećenja, kao i strukturni procepi. Merilo se ručnim senzorom i pazilo se da se sakupe konzistentna merenja pri čemu se vodilo računa o položaju senzora na mašini, ugaonom položaju u odnosu na mašinu, kao i pritisnom kontaktu senzora na mašinu. U vezi s tim uvek je mereno na istom mestu na mašini. Mesto merenja je obeleženo. Uobičajeno je da se merna mesta ređaju od slobodnog kraja pogona ka radnoj mašini. A B C D Slika 1. V A Slika 2. U svakoj od ovih naznačenih tačaka merenje vibracija je vršeno u sva tri pravca: aksijalnom A, vertikalnom V i horizontalnom H (slika 2). Ugao merenja je 90⁰±10⁰, tj. uvek je mereno u pravcu normalnom na površinu. Merenjem se došlo do podataka o ubrzanju koje je u direktnoj vezi sa silom koja izaziva oscilovanje i proporcionalni su sili. Brzina oscilovanja dobija se integraljenjem ovako izmerene vrednosti. Ova veličina je merodavna za procenu vibracionog stanja s obzirom da je ona standardizovana. Naime, od mnogobrojnih mogućnosti koje se ukazuju, za ocenu nivoa vibracija najpodesnija je veličina efektivne brzine oscilovanja Veff. Efektivna brzina za jednofrekventni sistem je definisana kao: Veff=(1/2)sω, H 194

220 gde je ω=2πf=(πn)/30, s amplituda oscilovanja u mm, ω kružna frekvencija oscilovanja u s - ¹, f frekvencija oscilovanja u Hz i n broj obrta u min - ¹. Međutim na mašini se ne može očekivati samo jedan jedini harmonik već se pojavljuju takve oscilacije koje sadrže veliki broj različitih frekvencija f 1, f 2,...,f n sa različitim amplitudama s 1, s 2,, s n. Da bi se dobila prava slika o vibracijama mašina moraju se utvrditi sve komponente vibracija koje je sačinjavaju. Optimalna vrednost se može dobiti kada se pojedine komponente vibracija saberu na sledeći način: n 2 eff = ( av i effi ) 1 V gde je komponenta efektivne brzine V effi V 1 = sω 2 effi i 1 i a i korekcioni faktor u zavisnosti od frekvencije oscilovanja. Povećane vrednosti brzine oscilovanja mogu da ukažu na nepravlnosti kod mašina i da detektuju rotacione i strukturne probleme kao što su disbalans, nesaonost i razlabavljenosti. Brzina vibracija ukazuje i na zamor materijala i mašinskog dela usled cikličnog savijanja dela. Izmereni podaci služe za davanje ocene o stanju ležaja i zupčanika. Obvojnica ubrzanja ukazuje na udarnu silu koja daje visokocikličnu promenu. Ovi podaci su podesni za rano otkrivanje oštećenja na ležaju ili zupčaniku. Mogu ukazati i na sledeće greške: Greška u podmazivanju ležaja ili opadanje viskoziteta ulja u ležaju usled visoke temperature prouzrokovane preopterećenjem ili spoljnjeg izvora toplote. Prekid u filmu za podmazivanje usled velikog disbalansa, nesaosnosti ili deformacije kućišta. Gubitak podmazivanja po periferiji. Češanje zaptivača ili poklopca, odnosno trenje metala o metal. Uticaj sprezanja zuba zupčanika (loše podmazivanje, defekti). Prljavština ili čestice u sredstvu za podmazivanje ili problem sa zaptivačem ili filterom. Valorizacija izmerenih podataka Da bi se dala procena podataka dobijenih merenjem vršena su sledeća poređenja: 1. Poređenje sa standardom ISO 2372 (10816): Merene vrednosti su poređene sa podacima datim u Standardu. 195

221 2. Određivanje trenda: poređeni su izmerena vrednost sa početnim i ostalim podacima za tu tačku. 3. Poređenje sa drugim mašinama: merenja vršena na nekoliko mašina sličnog tipa pod istim uslovima i dat je sud na osnovu poređenja podataka. Sve tri komparacije primenjene su za davanje konačne ocene o stanju mašine. Poređenje merenih podataka sa standardom. Ocena stanja mašine na bazi merenja nivoa vibracija Da bi se dala ocena o stanju postrojenja izmerene vrednosti vibracija poređene su sa podacima datim ISO standardom 2372, odnosno standardom za efektivnu brzinu oscilovanja Standard daje podatak za evaluaciju nivoa vibracija kod mašina koje rade na frekvencijskom opsegu od 10 do 200 Hz. Primeri ovih mašina su male, direktno spojene mašine, elektromotori i pumpe, motori srednje snage, generatori, parne i gasne turbine, turbokompresori, turbopumpe i ventilatori. Neke od ovih mašina mogu biti vezane kruto ili elastično, ili preko reduktora. Osa rotacije može biti horizontalna, vertikalna ili pod nekim uglom. Sve oscilacije su po ovom standardu podeljene u četiri grupe (Tabela 1): Tabela 1. Zona A: Zona B: Zona C: Zona D: Vibracije mašine koje su nove, nalaze se obično u ovoj zoni. Mašine čije se vibracije nalaze u ovoj zoni, se obično smatraju kao prihvatljive, da bez ograničenja traju u kontinuiranom radu. Mašine čije se vibracije nalaze u ovoj zoni, se obično ne smatraju prihvatljivim, da stalno traju u kontinuiranom radu. Uopšteno je dozvoljeno da se mašina, ali ograničeno vreme, u ovom stanju koristi, kada se pruža povoljna prilika za mere pomoći. Vrednosti vibracija unutar ove zone obično se smatraju toliko opasnim, da mogu da prouzrokuju štete na mašini. gde je: Zona A Dobro (GOOD); Zona B - Zadovoljavajuće (SATISFACTORY); Zona C Dozvoljeno (UNSATISFACTORY); Zona D - Nedozvoljeno (UNACCAPTABLE). Da bi se dala ocena o nivou vibracija neke mašine neophodno ih je bilo prethodno svstati u određenu klasu u zavisnosti od snage, ali i utvrditi kakva je veza mašine za temelj. Prema snazi mašine su podeljene u četiri klase: Klasa I: Pojedinačni delovi motora i mašina integralno vezanih za celu mašinu pri normalnim radnim uslovima. (Motori do 20 KS (15kW) su tipični primeri ovih mašina). Klasa II: Mašine srednje veličine, elektromotori od 20 do 75 KS (15 75 kw) bez specijalnog fundamenta, kruto vezani motori ili mašine na specijalnom fundamentu do 400 KS (300 kw). Klasa III: Velike pokretne mašine i druge velike mašine sa obrtnim masama montiranih na krute i teške fundamente koji su relativno kruti u pravcu merenja vibracija. 196

222 Klasa IV: Velike pokretne mašine i druge velike mašine sa obrtnim masama montiranih na relativno elastične fundamente u pravcu merenja vibracija (na primer, turbo generatorsko postrojenje, posebno oni sa lakom osnovnom strukturom). Napomena: Ovaj standard ne uključuje pokretna ili pogonjena postrojenja kod kojih radna mašina ima povratno kretanje. Tabela 2. odgovara pomenutom ISO standardu. Tabela 2. Vibration Velocity Vrms Machine in/s mm/s good VIBRATION SEVERITY PER ISO Class I small machines satisfactory unsatisfactory unacceptable Class II medium machines Class III large rigid foundation Class IV large soft foundation Temelji mašina se dele na dve grupe: kruta i elastična. Kada je najniža sopstvena frekvencija oscilovanja sistema mašina-temelj u pravcu merenja 25% iznad glavne frekvencije pobude (to je najčešće broj obrtaja mašine), taj temelj je definisan kao krut. Svi ostali temelji su elastični. U Tabeli 2 dat je dijagram brzina oscilovanja prema standardu ISO Da bi se mogla dati ocena o radnoj sposobnosti mašine i izvršilo poređenje sa podacima iz ISO standarda neophodno je da se poznaju osnovne karakteristike mašine i delova, snaga pogonskog motora i osnovni broj obrta, da se zna da li mašina radi sa konstantnim brojem obrta ili ne, da li je mašinu potrebno često zaustavljati ili radi kontinualno, kolike su gabarite mašina, kako je oslonjena, kakav je tip oslonaca, kakav je fundament mašine (ako postoji), kakvi su tipovi ležaja, kakvo je podmazivanje... Da bi se moglo pravilno suditi o dobijenim podacima najpogodnije je da onaj koji daje ocenu o radnoj sposobnosti sam uzima podatke i upozna se sa specifičnostima postrojenja. Ako se izmerene vrednosti brzina oscilovanja nalaze u oblasti dobrog i zadovoljavajućeg postrojenje se smatra radno sposobnim i nije potrebno nikakvo dodatno ispitivanje. Ako se izmerene vibracije nalaze u oblasti dozvoljenog neophodno je vršiti češću kontrolu nivoa vibracija, a kod kritičnih mašina i dodatna merenja koja bi ukazala na po- 197

223 Grupa Definicija Velike mašine P=300 kw MW Električne mašine sa visinom osovine h 315 mm Srednje velike mašine P = 15 kw kw Električne mašine sa visinom osovine h = 160 mm mm Pumpe sa više lopatica na radnom kolu i odvojenim pogonom P > 15 kw Pumpe sa više lopatica na radnom kolu i integrisanim pogonom P > 15 kw Postolje kruto elastično kruto elastično kruto elastično kruto elastično 11,00 bsk D D D D D D D D 7,10 11,0 D C D D D C D D 4,50 7,10 C B D C C B D C 3,50 4,50 B B C B B B C B 2,80 3,50 B A C B B A C B 2, B A B B B A B B 1, A A B A A A B A Brzina vibracija v [mm/s] Hz, n > 800 o/min ( Hz, n > 120 o/min) 0,00 1,40 A A A A A A A A 198

224 stojanje oštećenja ili pripomogli dijagnosticiranju stanja mašine. Ako veličina vibracija dostigne nivo nedozvoljenog neophodno je mašinu zaustaviti, pregledati i preduzeti adekvatne mere održavanja. Predviđanje trenda Ponavljanjem merenja vibracija u istoj tački u toku dužeg perioda vremena i međusobnim poređenjem dobijenih podataka može da se da zaključak o trendu vibracija kao i trendu radne sposobnosti mašine. Na osnovu dobijenih podataka moguće je predvideti trend vibracija u toku vremena. Najjednostavniji način za zaključivanje o trendu je posmatranjem slike na koju su nanesene vrednosti merene tokom dužeg vremena. Naime, slika trenda pokazuje sadašnje i pređašnje vrednosti prikazane u funkciji od vremena. Na slici mora da bude prikazana i početna vrednost oscilovanja izmerena odmah na početku rada mašine, nakon remonta ili onda kada se zna da mašina dobro radi. Tada se nova merenja upoređuju sa tom osnovnom veličinom i određuje se nivo promene vibracija kod mašine. Trend izmerenih podataka ukazuje da li se karakteristike mašine menjaju u toku vremena. Analizirajući te podatke zajedno sa podacima drugih merenja dobija se uvid u stanje mašine kao i delova koji su možda istrošeni ili otkazuju. Ako se zahteva da se odredi trend vibracija neophodno je napraviti vremenski plan merenja. Merenje se mora vršiti uvek u istoj tački i sa istim tipom merenja i treba propisati intervale merenja. Podaci se mogu sakupiti i upisati u vibracionu listu, gde se i čuvaju. Poređenje sa drugim mašinama Ako se koristi nekoliko istih mašina pod istim radnim uslovima ocena radne sposobnosti se može odrediti merenjem svih mašina u istoj tački i poređenjem rezultata. Mere se sve mašine istovremeno u istoj tački i rezultati se porede. Pri ovoj analizi se obično uključuju u razmatranje i drugi parametri. Tako, kada se poredi nekoliko ležaja pri istim uslovima rada ocena radne sposobnosti se daje i slušanjem audio signala. Ako se zvuk menja, znači da je došlo do promene na ležaju. Ovaj metod daje mogućnost da se locira defektni ležaj. Sluša se porast signala, kao i udaranje koje zajedno sa vibracionim pokazateljima ukazuje na istrošenost ležaja. VIBRODIJAGNOSTIKA STANJA NA BAZI FREKVENTNE ANALIZE Merenjem ukupnog nivoa vibracija dobija se podatak o tome da li je prekoračena neka data veličina nivoa oscilovanja. Međutim, na taj način nije moguće doći do uzročnika nastanka vibracija. Da bi to bilo moguće neophodno je izvršiti adekvatnu frekventnu analizu. Kao što je već napomenuto ukupne vibracije predstavljaju zbir pojedinačnih harmonika oscilovanja s=s 1 sin(ω 1 t)+s 2 sin(ω 2 t)+...+s n sin(ω n t). 199

225 Zadatak frekventne analize je da izdvoji pojedine amplitude oscilovanja s 1, s 2,..., s_{n} i odgovarajuće ugaone brzine, odnosno frekvencije f 1, f 2,..., f_{n}. Merni uređaji mere ne samo ukupne vibracije s, već registruju i veličinu s 1, s 2,..., s n i odgovarajuća frekvencije f 1, f 2,..., s n. Sve ovako dobijene vrednosti mogu se zapisati u obliku kaskadnog dijagrama ili amplitudno-frekventnog dijagrama. Kaskadni dijagrami su izvandredno sredstvo za identifikaciju simptoma oštećenja vratila. Mogu se koristiti kao mapa da daju frekvenciju rezonance sistema i prinudne frekvencije koja ih pobuđuje. Moguće je očitati i vrednost frekvencije pri kojoj amplitude rastu usled postojanja nelineralnosti u sistemu rotor/oslonac. Međutim, ovaj podatak može dovesti i do zabune, jer unosi sumnju u uzročnika vibracija. Tada je neophodno uz to koristiti i polarnu sliku, razmotriti orbite i položaj vratila. Polarne slike 1X vektorske komponente otkrivaju lokaciju rezonantne oblasti. Pokazuju i stepen prigušenja pri rezonanaci kao i oblik modova vibrcija. Upoređujući polarne slike za slučaj rotora bez oštećenja i sa oštećenjem moguće je dati kriterijum postojanja oštećenja. Detekcija neuravnoteženosti kod rotora Neuravnoteženost je jedna od najčešćih uzročnika nepovoljnog rada mašine. Usled odstupanja geometrijskog centra od fizičkog centra rotora, kao i odstupanja ose obrtanja od glavne ose inercije uvek se javlja centrifugalna sila koja je jednaka proizvodu mase rotora m, odstupanja d i kvadrata ugaone brzine obrtanja rotora. Ova sila je utoliko veća ukoliko je ugoana brzina obrtanja rotora veća. Pored toga do porasta sile može doći i usled povećanja rastojanja d u toku rada. Sila se obrće zajedno sa rotorom pa ima istu brzinu (1X) i daje promenljivu projekciju u horizontalnom i vertikalnom pravcu. Dijagnostikuje se postojanjem maksimalne amplitude na radnoj frekvenciji obrtanja. Disbalans se otklanja uravnoteženjem. Napomena: Često se dešava da se izvrši netačno dijagnosticiranje na osnovu ovih podataka. Radi se o neuravnoteženosti samo onda kada je protivteg dovoljan za otklanjanje ovog nedostatka. Međutim, visoko sinhrone (1X) amplitude vibracija mogu biti uzrokovane i drugim uzročnicima pa se zbog toga preporučuje da se pre balansiranja izvrši detaljna analiza. Ako je neuravnoteženost uzrokovana nekim radnim uslovima, eliminacija glavnog uzročnika će biti efikasnija za otklanjanje neuravnoteženosti nego samo uravnoteženje. Vrlo često je neuravnoteženost posledica nepravilnog rada, a ne sam uzročnik. Detekcija radijalnog i aksijalnog češanja Kod rotacionih mašina se može pojaviti parcijalno (delimično) češanje ili češanje po celom obimu između pokretnog i nepokretnog dela sistema kako u aksijalnom i tako i u radijalnom pravcu. Oba tipa češanja mogu poticati od preteranih vibracija rotora, nepodesnog radijalnog položaja vratila, kao i nedovoljnog zazora između stacionarnih i rotacionih delova mašine. Fizički fenomen koji se odnosi na radijalno češanje uključuje udar, trenje kao i promenu krutosti sistema rotor/ ležaj, jer se usled kontakta sa stacionarnim delom menjaju konfiguracija sistema i dinamičke karakteristike. Kaskadni 200

226 spektar, kao i orbita vratila, mogu biti podesni za dijagnosticiranje radijalnog češanja. Kaskadni spektar sa orbitama vratila za slučaj parcijalnog češanja jasno ukazuje na ovu pojavu. Pri parcijalnom češanju javlja se spektar subharmonijskih vibracija koji se stvaraju pri parcijalnom češanju. Orbite formiraju petlje koje ukazuju na delimično povratno precesiono kretanje. Kaskadni spektar i orbite vratila mogu da ukažu na češanje rotora po statoru po čitavom obimu. Takav slučaj se može javiti kod problema sa zaptivačem. Pri malim brzinama 1X češanje sa učestanim udarom se dešava dok se rotor obrne oko zaptivača nekoliko puta u toku jednog perioda obrta vratila. Pri velikim brzinama dešava se češanje po celom obodu između zaptivača i rotora dajući precesiju sa frekvencijom koja odgovara frekvenciji sistema rotor/ležaj/zaptivač koji je viši nego frekvencija rotor/ležaj sistema (bez kontakta sa zaptivačem). Povećani broj komponenata više frekvencije u spektru je vrlo često dobar indikator češanja. Češanje se najjednostavnije može eliminisati otklanjanjem uzročnika ove pojave: pravilnim centriranjem rotora u odnosu na statorski deo. Preopterećenje Značajno preopterećenje konstantna radijalna ili aksijalna sila na rotoru može biti takođe uzročnik oštećenja mašina. Preopterećenja mogu biti unutar ili van mašine. Unutrašnje preopterećenje predstavlja: Gravitaciono preopterećenje koje uzrokuje savijanje horizontalnog rotora usled težine; Preopterećenje kliznog ležaja uzrokovano malim zazorom u ležaju i konfiguracijom ležaja; Preopterećenje usled nesaosnosti uzrokovano ugaonim odstupanjem ili neparalelnošću kućišta ležaja ili zaptivača. Neki uzročnici spoljašnjeg preopterećenja uključuju: netačnost u centriranju, sile na mestu zupčanika, sile usled termičkog širenja, druge spoljašnje sile koje potiču od promene centriranosti uzrokovane promenom opterećenja mašine. Indikator preopterećenja je poremećen radijalni centralni položaj vratila kao i položaj vratila u odnosu na kućište. Pošto se orbita menja od eliptičnog oblika do banana oblika može se uočiti da se generiše komponenta 2X osnovna frekvencija. Analiza centralnog položaja vratila može se takođe koristiti za dijagnozu preopterećenja. Kombinacija položaja vratila i orbite jasno pokazuje položaj vratila u ležaju. Preopterećenje vratila prisiljava vratilo da se pomeri nadole u jednom ležaju, a prema gore u drugom ležaju. Eliptična putanja je rezultat preopterećenja. Mada su ležajevi preopterećeni suprotno, vibracije vratila su u istoj fazi. Korekcija ovog slučaja podrazumeva eliminaciju spoljašnjeg preopterećenja i obezbeđenja odgovarajuće centriranosti. 201

227 Detekcija samopobudnih oscilacija u kliznom ležaju Usled dejstva dinamičkih sila u ležaju, zaptivaču ili usled sila protoka fluida javlja se nestabilnost rotora (samopobudne oscilacije). Ove oscilacije se generišu silom koja potiče od rotacijom fluida koji je doveden u kretanje obrtanjem rotora. Sile u fluidu rotiraju ugaonom brzinom koja je frakcija ugaone brzine obrtanja vratila (oko 1/2 X). Pojava je okarakterisana subsinhronom precesijom. Primenom frekventnog kaskadnog dijagrama moguće je izgraditi dijagnosticiranje samopobudnih oscilacija. I ovaj fenomen je uočen na kaskadnom spektru vibracija neuravnoteženog rotora oslonjenog na uljni ležaj. Na granici stabilnosti ispod prve rezonantne brzine rotor je izložen vrtloženju što se vidi po subsinhronoj vibracionoj komponenti frekvencija 1/2X. Kada poraste brzina mašine i prođe kroz prvu rezonancu amplituda 1X vibracija uzrokovanih neuravnoteženošću raste; ovo rezultira povećanim ekscentricitetom i većom krutošću uljnog ležaja. To izaziva nastanak vrtloženja. Pri većim obrtnim brzinama iznad prve kritične brzine pojavljuje se opet vrtloženje. Ono nastavlja sa frekvecijom nešto ispod 1/2X i tada asimptotski dostiže prvu frekvenciju. Uljno vrtloženje postepeno prelazi u uljni klin. Ova pojava je znatno opasnija za mašinu jer vratilo vibrira pri rezonantnim uslovima na prvom modu. Tada se javljaju relativno veliki ciklusi napona savijanja, što dovodi do značajnog rizika od niskocikličnog zamora. Ovaj nedostatak se može izbeći korekcijom centriranosti, povećanjem pritiska fluida ili zamenom ležaja sa stabilnijim tipom ležišta. Detekcija razlabavljenja kod rotacionih elemenata Greška koja se često javlja kod obrtnih mašina je kada se razlabavi deo rotora i ne obrće se obrtnom brzinom ili kada deo statora postane razlabavljen i počinje da se obrće sa rotorom. Razlabavljenost se dešava najčešće ulsed suvog trenja ili fluidnog trenja i tada su radijalna i aksijalna kretanja nepravilna. Otkačinjanje rotacionog dela menja uravnoteženost rotora. Do razlabavljenosti dolazi usled povećana neuravnoteženosti koja nije eliminisana. Za vreme ustaljenog rada efekat razlabavljenja obrtnog dela se manifestuje udarnim vibracijama. Razlabavljenost rotacionog dela može se dijagnosticirati posmatranjem periodičnih pomena amplitude i faze kod sinhronog ustaljenog kretanja. Vibraciona karakteristika ima elemente fenomena podrhtavanja. Za vreme zaletanja i zaustavljanja razlabavljeni deo ima određenu neuravnoteženost koja se može manifestovati kao dinamičko dejstvo u obliku subsinhronih vibracija, vrlo sličnih onima kod nestabilnosti. Zbog toga se ovaj nedostatak pogrešno dijagnosticira kao češanje ili nedozvoljeno vrtloženje u sistemu. Detekcija oštećenja na kotrljajnom ležaju Karakteristike kotrljajnih elemenata ispravnih ležaja se znatno razlikuju od ležaja sa defektom. Informacije o stanju ležaja omogućuju određivanje optimalnog vremena kada treba ležaj zameniti ili preventivno pregledati. 202

228 Oštećenje kotrljajnih elemenata ležaja je najčešće vezano za pojavu lokalnog zamora na kontaktnoj površini. Mehanizam zamora je rezultat pitinga unutrašnjeg prstena, spoljašnjeg prstena, kao i samih kuglica ili kotrljajnih tela. Tipičan kvar ovih elemenata su bilo pukotine ili naprsline nastale kao posledica korozije i to bilo na untrašnjem bilo spoljašnjem prstenu ili na samom kotrljajućem elementu. Pukotina stvara impulse svaki put kad kotrljajući element pređe preko nje. Ovi impulsi, slični seriji laganih udara čekićem, prenose energiju na kućište ležaja koji vibrira na svojoj prirodnoj frekvenciji i daju udarce slične zvuku bakarnog zvona. Frekvencija zvuka zavisi od dinamičke karakteristike, a ne od količine i jačine udarca. Efekat je sličan mehaničkom pojačivaču. Ako je do oštećenja došlo na nepokretnom prstenu tada su svi impulsi iste jačine. Ako je kvar na rotirajućem prstenu impuls varira u zavisnosti od opterećenja kotrljajnog elementa i amplitudno je moduliran. Tehnika detekcije oštećenja ležaja vezana je za visoke frekventne signale, koji se proizvode kada kotrljajna tela dolaze u kontakt sa unutrašnjim ili spoljašnjim prstenom ili kada kuglica sa oštećenjem dotakne tu površinu. Najnovija ispitivanja pokazuju da se kod oštećenog ležaja naročito ispoljava komponenta oscilovanja koja je umnožak broja kotrljanih tela i osnovne frekevencije sistema. Detekcija oštećenja zupčanika I novi i neoštećeni zupčasti par pokazuju pojavu oscilovanja koja je posledica sprezanja zuba. Naime usled mehaničkog opterećenja zubi se razmiču, a veličina razmaka zavisi od toga koliki je broj zuba u zahvatu. U slučaju istrošenosti zuba dolazi do zaglavljivanja što se manifestuje pojavom drugog harmonika i viših harmonika u amplitudno-frekventnom dijagramu. Međutim, ovaj kvar neće prouzrokovati povećanje opšteg nivoa oscilovanja. Kod napuklog zupčanika dolazi do labavljenja dela i prilikom sprezanja sa ispravnim zupčanikom daje uobičajene ustaljene vibracije sa povremeno izraženom serijom impulsa (slika 16). Međutim, porastom oštećenja signal dobija modularni oblik. U frekventnom dijagramu su izražene frekvencije koje održavaju broj zuba zupčanika. Detekcija naprsline na vratilu Savremenu mašinogradnju karakterišu dva osnovna zahteva pri konstruisanju, a to su: Povećanje efikasnosti mašine povećanjem brzine, snage i opterećenja rotacionih delova mašine, Smanjenje i minimizacija težine i dimenzija. Ova dva zahteva rezultiraju i određenim negativnostima kao što je znatno povećanje nivoa napona i pojava naprslina. Pojava naprsline na vratilu najranjivijem elementu rotacionih mašina je mnogo češća kod savremenih mašina nego kod starijih konstrukcija. Tako je u poslednjih deset godina u SAD zabeleženo preko 30 većih i ozbiljnih oštećenja turbogeneratora nastalih kao posledica prskotina. Naime, širenjem prskotina 203

229 Slika 3. može doći do loma vratila (slika 3) što može imati katastrofalne posledice. Iz tog razloga se poslednjih godina u SAD, Japanu, pa i Evropi posebna pažnja posvećuje ranom otkrivanju naprslina na vratilu i detekciji pravca širenja prskotine. Iz tog razloga se detaljno proučava dinamičko ponašanje takvih rotora što omogućuje nalaženje metode za detekciju i prognozu naprsline. Ranim otkrivanjem prskotine moguće je izbeći skupa oštećenja i zaustavljanje mašina i postrojenja. Metode za direktno otkrivanje naprslina kao što su ultrazvučna i električna detekcija su vrlo korisne i moćne, ali njihovo uspešno korišćenje pri radnim uslovima je ekstremno teško. Naročito se to odnosi na neke složene rotorske strukture, kao što su na primer turbogenertorska vratila, gde detekcija naprslina nedestruktivnim metodama ne daje striktan odgovor o tome da li naprslina postoji, jer odbijeni talas usled složene geometrije uzrokuje visok nivo buke. Poznato je da naprsline na vratilu izazivanju specifične dinamičke pojave. Usled promene mehaničkih parametara rotora (promene krutosti vratila i promene položaja glavne ose poprečnog preseka vratila) menjaju se i vibracione karakteristike sistema. Iz tog razloga analiza vibracija se pokazala kao moguće sredstvo za detekciju naprslina. U poslednje vreme merenje vibracija, analiza i monitoring su postali najrasprostranjeniji za ovu dijagnostiku. Naprslina rezultira iz međusobnog dejstva opterećenja, promenjivih napona i plastičnih deforamcija, što uzrokuje mikro i makro strukturne diskontinuitete. Primarni mehanizmi koji dovode do naprslina vratila uključuju: visokociklični zamor, niskociklični zamor, puzanje, koroziju. Turbomašinski rotori obično rade pod složenim naponskim uslovima. Vratila su predmet uticaja prinudnih sila širokog frekventnog spektra (usled neuravnoteženosti, konstantnog polja sila, promenljivog momenta, itd.) i samopobudnih vibracija (najčešće usled dejstva fluidnih sila u glavnom protoku mašine, kao i u ležajima i zaptivačima). Naročito se neobično dinamičko ponašanje ispoljava kod prelaznih procesa pri zaletanju i zaustavljanju mašine. Uslovi spoljašnje sredine (temperaturni gradijent, korozija koja potiče od vode ili pare, naročito kada sadrže mineralne uključke) izazivaju pojavu naprslina i ubrzani porast prskotine. Faktori koji stimulišu pojavu naprslina prikazani su na slici 4. Površinske naprsline se mogu podeliti na: stalno otvorene i dišuće. 204

230 opterećenje - neuravnoteženost - statičko opterećenje - promenljivi momenat - hidro/aero dinamičke sile savojne torzione uzdužne vibracije radni uslovi rotora temperaturni gradijent korozija stimulisana spoljašnjim uslovima napon i deformacije visoko-cik. zamor nisko-cik. zamor puzanje korozija Slika 4. naprslina na vratilu Stalno otvorena naprslina prikazana je na slici 5. Ova naprslina menja geometriju poprečnog preseka vratila na tom mestu. Poprečni presek je nesimetričan, pa se glavna osa poprečnog preseka ne poklapa sa osom obrtanja rotora. Krutost u dva upravna pravca je različita usled nejednakosti geometrijskih momentata inercije. Model ovog rotora odgovara rotoru sa nesimetričnim poprečnim presekom. Promena krutosti je periodična funkcija usled obrtanja rotora. Dišuća naprslina prikazana je na slici 6. Dišuća naprslina podrazumeva otvaranje i zatvaranje naprsline u funkciji od momenta savijanja, što dovori do promene krutosti i položaja glavne ose poprečnog preseka. η ωt v η ωt v ξ ωt z ω ωt ξ u ω u Slika 5. otvorena zatvorena ω z ω z Slika

231 206 Pri postojanju naprsline javlja se dodatni savojni moment na mestu naprsline. Ovaj moment je mali u odnosu na moment usled sopstvene težine. Međutim, kako raste dubina naprsline povećavaju se vibracije vratila pa se dodatni savojni moment sabira sa savojnim momentom usled sopstvene težine. Zbog toga se kod vratila sa naprslinom mora uzeti u obzir interakcija ugiba vratila usled naprsline i sopstvene težine. Ove dinamičke sile se prenose na ležajeve i ozbiljno ih opterećuju. Pri otvaranju i zatvaranju naprsline pri savijanju rotora usled sopstvene težine pri obrtanju menja se periodično i krutost vratila. Analizom je uočeno da naprslina utiče na krutost vratila, pa se to ispoljava kao uticaj na amplitudu u sinhronoj 1X rezonanci i pri rezonanci sa dvojnom frekvencijom (2X). Osetljivost amplitude zavisi od početne krutosti nenaprslog vratila i prigušenja. Ako vratilo ima malu nesimetričnost naprslina raste znatno više kod 2X komponente nego kod 1X komponente. Suprotan je zaključak kod vratila sa velikom nelinearnošću. U kaskadnom dijagramu uočeno je da postoje 1X i 2X komponente vibracija koje ukazuju na postojanje naprslina. Zaključeno je da je za detekciju naprsline neophodan monitoring komponenata 1X i 2X kao vektora, tj. i amplitude i faze treba da se registruju na svakoj rotacionoj brzini. U skladu sa napred navedenim može se zaključiti da su za rano otkrivanje naprslina vratila obrtnih mašina merodavne poprečne sinhrone karakteristike (1X) i drugi harmonik (2X). Ovi signali se mogu posmatrati na radnoj brzini, za vreme svakog zaletanja i zaustavljanja. Eksperimenti i iskustvo su pokazali da su promene 1X i 2X vibracionih vektorskih komponenti najbolji indikatori naprslina vratila. Vektorska komponenta 1X je od primarnog značaja. Promena sinhrone (1X) amplitude i faze naročito pri nižim brzinama obrtanja posledica je savijanja vratila usled prskotine. Ako je vratilo naprsrlo skoro sigurno se savija i oblik savijanja se obično menja naročito kada je dubina naprsline velika u odnosu na prečnik vratila. Otuda se komponenta 1X menja pri zaletanju i zaustavljanju. Naročito se velika razlika može uočiti pri ponovljenom merenju nakon nekoliko dana ili nedelja. Kod mašine se pojavljuje znatno povećan nivo komponenata 1X. Komponenta 2X je dobar pokazatelj kada vratilo ima transverzalnu (asimetričnu) naprslinu i radijalno preopterećenje. Simetrične naprsline (koje se šire u svim radijalnim pravcima) neće se moći identifikovati merenjem 2X komponente. Devijacija 1X i 2X vibracionih vektora predstavljaju glavne pokazatelje naprslina. Iste simptome pokazuje i netačnost u centriranju kao i neuravnoteženost. Iz tog razloga neophodno je vršiti pažljivo dijagnosticiranje. Tu uravnoteženje ne pomaže. Naprslo savijeno vratilo se ne može balansirati korišćenjem standardne procedure uravnoteženja. Nemogućnost uravnoteženja mašine ni nakon dva ili tri pokušaja ukazuje na to da je vratilo naprslo. Male naprsline vratila se mogu korigovati jednostavnim zavarivanjem. U slučaju većih naprslina vratilo mora pravovremeno da se zameni. Literatura koja se bavi naprslinama na rotorima i njihovom detekcijom je obimna. Navodimo samo najznačajnije radove iz oblasti: Muszynska, 1982, Mayers and Davies, 1984, Davies and Mayer, 1984, Bently and Muszynska, , , Nelson and Nataraj, 1986, Dimarogonas, and Papadopoulos, 1988, Xiu and Xi-kuan, 1988, Bently Corp., 1988, 2012, Cveticanin, ,

232 Mehanizam interakcije oštećenja ili nepravilnosti rada na tačnost vibrodijagnostike Da bi se moglo pravilno suditi o oštećenju ili nepravilnosti rada mašine ili postrojenja neophodno je poznavati ne samo rad i uslove rada pojedinih mašina već i njihov međusobni uticaj na generisanje pojedinih oštećenja. Neka oštećenja mašina imaju vrlo slične simptome. Na primer, mnoga oštećenja ili nepravilnosti u radu dovode do porasta amplitude sinhronih vibracija i bez dovoljno informacija mogu se pogrešno dijagnosticirati kao neuravnoteženost. Neuravnoteženost je obično u vezi sa drugim oštećenjima: veći disbalans uzrokuje velike amplitude oscilovanja pa dovode do češanja rotorskog dela o statorski deo; mala neuravnoteženost može rezultirati vibracijom od uljnog klina kod viših brzina obrtanja. Drugi primer interakcije je usled nesaosnosti, velikog zazora u ležaju i uljnog vrtloženja. Ne retko se dešava da kod ležaja sa većim zazorom dođe do uljnog vrtloženja. Kada je, pak, vratilo loše centrirano postoji ustaljeno preopterećenje vratila koje daje veliki ekscentritet rukavcu i ne dozvoljava uljno vrtloženje. Ako se centriranost popravi, amplitude vratila odmah postaju veće, jer je ležaj neopterećen a postoji prostor za veće pomeranje. Da bi se izvršilo pravilno dijagnosticiranje treba spoznati pravu suštinu problema i kao međusobno dejstvo pojedinih faktora. Loša dijagnostika je vrlo skupa. Na primer, ako se vrši balansiranje rotora za slučaj kada nije neuravnoteženost uzročnik oštećenja investiranja su velika, naročito kod velikih kritičnih mašina kao što je turbinsko-generatorski sistem. Takođe je vrlo opasno kada se sinhrone vibracije usled naprsline vratila pogrešno dijagnosticiraju kao neuravnoteženost. Zbog toga korisnik mašine mora dobro da poznaje tehniku dijagnosticiranja. ANALIZA VIBRACIONOG STANJA I VIBRODIJAGNOSTIKA VENTILATORA Opis postrojenja i opis ispitivanja U okviru provere vibracionog stanja merene su ukupne vibracije i vršena je frekventna analiza na ležajima postrojenja. Broj obrta elektromotora je 1486 o/min, a snaga 160 kw. Merenje je vršeno u toku radnog procesa. Merna mesta su prikazana na slici 7. Merena je efektivna brzina oscilovanja V eff u horizontalnom i vertikalnom pravcu i vršena je frekventna analiza. EM 3 4 Ventilator 1 2 Slika

233 Izmerene veličine Horizontalne vibracije na mestu 1 Srednja amplituda : 5.68 mm/s Broj obrtaja = o/min Osnovna frekvencija = Hz TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz] Vertikalne vibracije na mestu 1 Srednja amplituda : 5.50 mm/s TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz]

234 Horizontalne vibracije na mestu 2 Srednja amplituda : 5.43 mm/s Broj obrtaja = o/min Osnovna frekvencija = Hz TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz] Vertikalne oscilacije na mestu 2 Srednja amplituda : 4.53 mm/s TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz]

235 Horizontalne vibracije na mestu 3 Srednja amplituda : 5.32 mm/s Broj obrtaja = o/min Osnovna frekvencija = Hz TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz] Vertikalne vibracije na mestu 3 Srednja amplituda : 4.80 mm/s TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz]

236 Horizontalne vibracije na mestu 4 Srednja amplituda : mm/s Broj obrtaja = o/min Osnovna frekvencija = Hz TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz] Vertikalne oscilacije na mestu 4 Srednja amplituda : mm/s TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz] Zaključak: Ventilatorsko postrojenje radi u oblasti nedozvoljenog (Zona D). Povećane vibracije su posledica neuravnoteženosti ventilatorskog kola. Potrebno je izvršiti uravnoteženje. 211

237 Posle balansiranja Horizontalne vibracije na mestu 3 Srednja amplituda : 3.40 mm/s Broj obrtaja = o/min Osnovna frekvencija = Hz TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz] Vertikalne oscilacije na mestu 3 Srednja amplituda : 1.27 mm/s TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz]

238 Horizontalne vibracije na mestu 4 Srednja amplituda : 2.91 mm/s Broj obrtaja = o/min Osnovna frekvencija = Hz TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz] Vertikalne oscilacije na mestu 4 Srednja amplituda : 1.85 mm/s TABELA Broj harm. Amplituda[mm/s] Frekvencija[Hz] Zaključak posle blansiranja: Ventilatorsko postrojenje nakon balasiranja radi u oblasti zadovoljavajućeg (Zona B). Postrojenje je radno sposobno sa gledišta vibrodijagnostike. Na osnovu ovakve analize moguće je dati ocenu o radnoj sposobnosti svake mašine ponaosob i ukazati na to da li su remont ili zamena mašine potrebni ili ne. 213

239 METODE ZA PROCENU RADNOG VEKA MAŠINA NA OSNOVU PODATAKA O VIBRACIJAMA Najčešće su mašine i postrojenja puštani da rade do onog trenutka kada je došlo do oštećenja i havarije. Ovo vreme je bilo različito za pojedine mašine i postrojenja. Na slici 1, data je kriva raspodele broja prekida rada u funkciji od vremena prekida rada. Kada je došlo do ispada mašine, postrojenje se popravljalo i dovodilo u radno stanje. Ovo održavanje se najčešće naziva održavanje po havariji jer se vrši tek onda kada je na mašini došlo do oštećenja. Raditi sa mašinom do havarije je krajnje nepovoljno, jer je vreme pojave oštećenja potpuno nepredvidivo. Pored toga, vrlo često oštećenje jedne mašine dovodi do oštećenja i na drugim mašinama i delovima postrojenja. Troškovi popravke mašine ili mašina mogu biti vrlo značajni. Pored toga, da bi se izvršila popravka obično se mašina mora zaustaviti. To dovodi do dodatnih troškova usled gubitka velikog broja radnih sati mašine. Mašina ne radi i ne proizvodi. Vrlo često zaustavljanje jedne mašine zahteva zaustavljanje i drugih mašina i postrojenja, pa i čitavih pogona. To sa svoje strane dovodi do velikih gubitaka za celu fabriku, jer staje normalna proizvodnja. Sve to narušava ekonomičnost proizvodnje, a i njenu pouzdanost. Kako je pojava havarije nepredvidiva, bezbednost radnika uz mašine je drastično smanjena. U trenutku havarije sigurnost radnika je ugrožena, jer može da dođe do manjih ili većih povreda čiji ishod može da bude i opasan po život. radnika. Iz tog razloga je na mnogim mestima uvedeno preventivno održavanje. broj ispada srednje vreme rada između ispada najduži period rada pre ispada rad bez ispada vreme rada Slika 8. Preventivno (zaštitno) održavanje se vrši kada se mašina ili delovi mašine menjaju ili remontuju po propisanom veku rada nezavisno od toga u kakvom su stanju delovi. Ono podrazumeva vremenski tačno utvrđene radove na mašini i postrojenju. Tako se vrši promena maziva u ležaju, podešavanje pojedinih elemenata, promena ležaja itd. u skladu sa onim kako je to proizvođač propisao. U skladu sa tim programom može da se desi da se mašina znatno češće podmazuje nego što bi to bilo potrebno. Iako je preventinvo održavanje bolje nego rad do ispadanja iz pogona, ovo održavanje rezultira prekidima rada koji nisu neophodni, kao i povećanim troškovima usled zamene ne samo loših već i dobrih delova. Zbog toga ova kruta preventiva može biti i neekonomična. 214

240 Radi povećanja ekonomičnosti rada danas je uvedeno tzv. Planirano održavanje ili Održavanje po potrebi. Ovo održavanje bazirano je na realnom stanju postrojenja i njegovoj radnoj sposobnosti. Naime, na osnovu radne sposobnosti postrojenja u toku rada, predviđa se i planiralo najpovoljnije vreme za remont komponenata pre nego što dođe do njihovog otkaza, ali da se izbegne i njihova prevremena zamena i popravka. Ovo održavanje ne samo da pomaže personalu fabrike da eliminiše neplansko isključenje iz pogona i mogućnost da se izbegne otkaz mašina, već im omogućava da blagovremeno nabave rezervne delove, planiranju ljudstvo za remont, kao i da planiraju druge popravke za vreme tog zastoja mašine. Ovo održavanje se može definisati na osnovu informacija o radnoj sposobnosti mašina u toku rada pri čemu se donosi zaključak o njihovom stanju, potrebi za popravkom kao i poboljšanju sa ciljem da se obezbedi maksimalna neprekidnost u toku rada pre nego što se vrši plansko isključenje. Sve te delatnosti vezane su za iskustvena saznanja u toj oblasti. Jedan od važnih segmenata ekonomičnosti rada mašine je i produženje radnog veka mašine. To postavlja pred održavaoce mašina još jedan dodatni zahtev. Današnja tehnika i znanja u oblasti dijagnostike stanja postrojenja u velikoj meri pomažu u ostvarenju ovog cilja. U skladu s tim održavanje sve češće prerasta u takvo čiji je cilj da se preduhitri pojava oštećenja i havarija. Održavanje po potrebi Ovo održavanje predstavlja fleksibilnu koncepciju održavanja a bazirana je na podacima o stanju postrojenja. Pre godina kada nisu postojali merni instrumenti, praćenje stanja vršilo se posmatranjem i korišćenjem čula i iskustva inženjera i radnika. Tako su se vibracije i temperatura ležaja kontrolisale postavljanjem ruke na kućište ležaja ili na postolje mašine, stanje ventila i zasuna posmatranjem da li fluid ističe ili ne, itd. Danas, u eri kompjutera i mnoštva mernih instrumenata i uređaja, i proces preventivnog održavanja i održavanja po potrebi dobija novu formu. Međutim, njegova suština se ne menja: to je sistematska primena inženjerskog znanja i iskustva (u oblasti održavanja i proizvodnje), tačno rasuđivanje i upravljanje informacijama i pravilno odlučivanje. Do podataka o stanju postrojenja dolazi se monitoringom, a dobijeni podaci obrađuju se na računaru. Elektronski instrumenti za monitoring mašina dali su novu dimenziju održavanju. Preventivno održavanje prerasta u održavanje po potrebi, bazirano na merenim dinamičkim podacima i iskustvenim podacima. Cilj održavanja po potrebi je da predvidi kada je potrebno vršiti remont ili popravku. Razvoj kombinovanog preventivnog održavanja i održavanja po potrebi može dovesti do vrlo efikasnog sistema održavanja. Održavanje po potrebi vodi ka radu bez prekida. Koristi tehniku koja omogućuje rad na optimumu, omogućuje maksimalno iskorišćenje mašine i delova, dozvoljava zamenu delova prema planu, sa minimalnim vremenom zastoja, uz minimalne gubitke u proizvodnji. Beneficije ovog održavanja su: 1. Povećavaju pouzdanost i sigurnost rada mašine redukuje neplanski zastoj; 2. Smanjuje troškove održavanja tačno se zna u čemu je problem kod mašine; 3. Povećava produktivnost optimizira kapacitet mašine; 215

241 4. Smanjuje utrošak energije manje vibracija obično znači i manje gubitaka na trenje; 5. Produžava radni vek ležaja redukuje vibracije i greške u podmazivanju; 6. Poboljšava kvalitet proizvoda što je manja vibracija kvalitet je bolji. Beneficija ima mnogo i koliko će ih biti zavisi od programa za predviđeno održavanje. Monitoring stanja u procesu održavanja Da bi se obavilo pravilno održavanje po potrebi neophodno je posmatranje (monitoring) stanja mašina kao i radnog procesa. Na osnovu dobijenih podataka može da se donese ekspertska odluka o neophodnosti remonta postrojenja. Otuda sledi da se monitoring stanja može definisati kao podsistem preventivnog održavanja ili održavanja po potrebi (slika 9) Preventivno održavanje / održavanje po potrebi Monitoring stanja Slika 9. Uređajima za monitoring mere se parametri sistema koji mogu da ukažu na nivo kvaliteta rada ali i pojavu nepravilnosti, a zaključak o ispravnosti ili neispravnosti mašine donose eksperti na osnovu prethodno postavljenje dijagnoze (slika 10). Uređaji za monitoring Eksperti - dijagnostika - korekcija mašina Slika 10. Monitoring stanja obuhvata monitoring procesa rada i monitoring same mašine. Pravilan monitoring obuhvata niz faktora koji mogu da ukažu na valjanost rada postrojenja. Na slici 11 prikazani su parametri koje je poželjno posmatrati. Instrumenti za monitoring se sastoje od davača, procesora signala i kompjutera. U slučaju kontinualnog monitoringa potreban je kompjuter velikog kapaciteta, sa specijalizovanim softver-paketom, što ima visoku cenu koštanja. Periodični monitoring zadovoljava i manji kompjuter, sa jednostavnim programskim paketom. Monitoring samog procesa i mašine daje dve mogućnosti: 1. mogućnost predviđanja ponašanja (trend monitoring) i 2. služi za proveru stanja. 216

242 Monitoring procesa Monitoring mašine pri radnim uslovima zaletanje i zaustavljanje radni uslovi neradni uslovi Slika 11. protok težina (g/mol) viskoznost brzina obrtanja jačina struje pritisak temperatura radijalne torzione vibracije vratila vibracije kućišta položaj vratila snaga pritisak temperatura protok ulja buka analiza ulja nedestruktivni testovi impulsni testovi Karakteristike ova dva monitoringa su sledeće: 1. Monitoring trenda zasniva se na kontinualnom merenju ili u određenim vremenskim razmacima i interpretaciji tako dobijenih podataka, što može da ukaže na promenu uslova rada i stanja mašine. Ovaj monitoring ima za cilj povećanje ekonomičnosti rada i povećanje nivoa sigurnosti rada. Trend pogoršanja rada mašine može se pratiti posmatranjem pojava na pojedinim njenim delovima. Na slici 12 prikazana je kriva trenda pogoršanja rada mašine u toku eksploatacije. Monitoringom se može predvideti dužina vremena rada mašine pre pojave oštećenja i greške. Ova mogućnost predstavlja najznačajniji kvalitet ove metode. 2. Provera stanja se vrši poređenjem merene vrednosti sa onom vrednošću koja predstavlja graničnu vrednost. Provera se vrši merenjem jednog od indikatora datih na slici 13. Limitirajuću vrednost nije lako odabrati. Ona predstavlja rezul- Pogoršanje isključenje kritični period Vreme rada alarm Slika

243 tat dugogodišnjeg iskustva za pojedine tipove mašina. Pošto granične vrednosti nisu univerzalne, ova metoda je manje fleksibilna od prethodne. Posebno se to odnosi na slučaj kritičnog vremena. Ovaj metod je vrlo zgodan za primenu u slučaju kada postoji nekoliko sličnih mašina, pa se može vršiti poređenje sa podacima izmerenim kod tih uređaja. Ekonomičnost monitoringa stanja Glavna ušteda koja se može postići primenom monitoringa stanja u industriji je smanjenje gubitka zbog ispada mašina iz pogona i smanjenje troškova za održavanje. Stalni monitoring Periodični monitoring Kritične mašine Specijalne mašine Slika 13. Mašine za specijalnu namenu Gubici nastali zbog ispada se mogu sračunati kao proizvod broja dana van pogona i cene koštanja radnog dana. Cenu održavanja je znatno teže odrediti. Da bi se ekonomičnije radilo, predlaže se ugradnja monitoringa. Međutim, pre investiranja u monitoring, postavlja se pitanje da li da se monitoring vrši kontinualno ili periodično. To pre svega zavisi od značaja mašine u procesu proizvodnje, kao i od cene mašine. Kod skupih mašina i mašina od vitalnog interesa neophodno je vršiti kontinualni monitoring, dok je kod ostalih mašina dovoljno vršiti periodična posmatranja (slika 13). Ipak, odluka o kontinualnom monitoringu treba da se donese na osnovu ekonomske računice. Ulaganje u kontinualni monitoring je isplativ ako je njegova cena manja od one sume novca koju bi bilo neophodno uložiti na održavanje posmatrane mašine kada monitoringa ne bi bilo a u vremenu kraćem od očekivanog radnog veka sistema. Ovo vreme (t p ) se može sračunati primenom sledeće formule: t p log( a) log( a ig) = log(1 + i) gde je a godišnja očekivana ušteda, i kamata, G inicijalna investicija. Relativni dobitak ugradnjom monitoringa sračunava se poređenjem sa slučajem bez monitoringa. Ako A odgovara slučaju kada je investirano u monitoring, a B slučaju kada nije, tada je A bolja varijenta u slučaju ako je vrednost A veća od vrednosti B tj. PV AB > 0: + i PV = ( G G ) + ( a a ) (1 ) 1 AB A B A B n i(1 + i) n gde je n očekivan radni vek. 218

244 Periodični monitoring zahteva manja ulaganja, pa analiza njegove ekonomičnosti ne zahteva posebnu pažnju. ZAKLJUČAK U svetu postoji jasan trend ka uvođenju monitoring sistema tipa onlajn koji može da posluži za detekciju različitih tipova oštećenja, ali i određivanja radne sposobnosti mašina. Ovi sistemi dovode dijagnostičke funkcije automatski i informišu operatera da mašina ima oštećenje. Signali iz davača se uvode u tri osnovna informaciona sistema: zaštitni sistem, sistem sa kompjuterskom dijagnostikom, onlajn kompjuterizovani dijagnostički sistem. Davači montirani pod uglom od 90o za svaki ležaj daju podatke za sistem, za potrebe zaštitnog sistema i sistema za detekciju i omogućuju: prikaz ustaljenog režima rada, automatsko snimanje podataka u prelaznom režimu pri planiranom i neplaniranom isključenju ili uključenju, oformljuju polarne slike za prelazni režim, daju kaskadni dijagram za prelazne radijalne vibracije, ocenjuju trend vibracija i procesa, vrše arhiviranje podataka, snimaju orbite vratila u ma kojim uslovima rada, identifikuju ekscentrični položaj ose vratila u odnosu na osu obrtanja. Zaštitni sistem stalno prati nivo vibracija i položaj rotora. Predstavlja standardni sistem koji se vezuje za sve odgovorne i skupe mašine. Sistem sa kompjuterskom dijagnostikom analizira vibracije u prelaznom režimu registrovane davačima. Mogu imati filtre (za 1X i 2X komponente, na primer), osciloskope (za stalno posmatranje orbita i vremenskih kretanja), analizatore za brzu Furije transforamiju (FFT) i kompjutere sa odgovarajućim softver paketima za memorisanje podataka i procesa, kao i grafički/numerički izlaz. Ovaj sistem može zahtevati podatke kontinualno ili periodično. Onlajn kompjuterizovani dijagnostički sistem vrši analizu ustaljenih dinamičkih podataka na radnoj brzini. Kompjuterski dijagnostički sistemi obično zahtevaju, pored vibracionih podataka, i podatke o pritisku, temperaturi, spoljašnjem opterećenju itd., jer svi ti podaci služe za pravilno dijagnosticiranje. Međutim, pošto postoji više vrsta grešaka kod vratila rotora koji imaju iste simptome može da dođe do zabune. Uprkos značajnim istraživanjima i vrednim dostignućima u ovoj oblasti ne postoji adekvatan kompjuterski softver a ni hardver koji može da se takmiči sa mogućnostima dijagnosticiranja sa grupom inženjera specijalista. Naime, 219

245 kompjuterski sistem ne može da da potpuno tačnu dijagnozu. Iz tog razloga najbolji i najbezbedniji način dijagnosticiranja je kombinacijom dobre vibracione analize koristeći kompjutere osnovnog sistema i periodična specijalistička analiza koju izvode iskusni inženjeri, kada monitoring sistem ukaže za to potrebu. Podaci dobijeni merenjem vibracija uz dodatne podatke o uloženim sredstvima za izradu fabrike, o amortizaciji itd. mogu predstavljati ulazne podatke o višekriterijumskom odlućivanju o efikasnosti fabrike, njene ekonomske opravdanosti, kao i o energetskoj efikasnosti. Ovo bi trebalo da bude smernica za dalja istraživanja po ovoj temi projekta. LITERATURA Bently, D.E., Muszynska, A.: Detection of Rotor Cracks, 15th Turbomachinery Symp. Proc., Corpus Christi, 1986, pp Bently, D.E., Muszynska, A., Early Detection of Shaft Cracks on Fluid Handing Machines, Int. Symp. On Fluid Machinery Troubleshooting, Proc., Anaheim, 1986, pp Bently, D.E., Muszynska, A., Life extension of rotating machinery with vibration monitoring, Proc.EPRI, Missouri, USA, Bently, D.E. Vibration monitoring of turbomachinery for space propulsion systems, Proc.First Annual Health Monitoring Conf. for Space Propulsion Systems, Cincinnati, Ohio, Cveticanin, L., Detekcija naprsline na vratilu rotora, Elektroprivreda, br.1-2, 1990, s Cveticanin, L., Detekcija naprslina na vratilu rotora, Predavanje po pozivu, JUGEL, Beograd, Cveticanin, L., Monitoring stanja u procesu preventivnog održavanja, OMO, XIX(2), 1990, s Cveticanin, L., Održavanje postrojenja na bazi praćenja vibracionog stanja, Seminar NORTH 90, Subotica, Cveticanin, L., Self-excited vibration of a line element of building structure, 24th Int. Conf. Noise and Vibration, Proceedings, Oct. 2014, Nis. Davies, W.G.R., Mayer, J.W.: The Vibrational Behaviour a Multi-Shart, Multi-Bearing System in Presence of a Propagating Transverse Crack, Trans ASME, Vol: 106, No.1, 1984, pp Dimarogonas, A.D., Papadopoulos, Crack Detection in Turbine Rotors, II Int.Symp. od Transpart Phenomena, Dynamics and Designof Rotating Machinery, Honolulu, 1988, pp Mayers, J.W., Davies, W.G.R.: Analysis of th Response of a Multi-Rotor-Bearing System Containing a Transverse Crack in a Rotor, J. of Vibration, Acoustics, Stress and Reliability in Dresing, ASME, Vol. 106, No. 1, 1984, pp Muszynska, A.: Shaft Crack Detection, 17th Machinery Dynamics Seminar, Proc. Edmenton,

246 Nelson, H.D., Nataraj, C.: The Dynamics of a Rotor System with a Cracked Shaft, J. of Vibration, Acoustics, Stress and Reliability in Desing, ASME, Vol. 108, No. 2, 1986, pp Papadopoulos, C.A., Dimarogonas, A.D.: Coupled Lingitudinal and Bending Vibrations of a Rotating Shaft with an Open Crack, J. of Sound and Vibration, Vol. 117, No. 1, 1987, pp 81 93; Ending and Torsional Vibration of a Cracked Timoshenko Shaft, Ing. Archiv, Vol. 57, No. 4, 1987, pp Vujanovic, B., Teorija oscilacija, Treće izdanje, FTN Izdavaštvo, Novi Sad, Xiu, X., Xi-kuan, T., Dynamics Behaviour of Rotor Containing Transverse Crack ano Crack Diagnosis, Proc. Machine Dynamics and Eng. Applications, Xi-an, 1988, pp. M25 M28. Bruel-Kjaer, Machine-Condition Monitoring Using Vibration Analysis, Shaft Crack Detectionem Methodology, Advise od Bently Rotor Dynamics Research Corporation, Nevada, USA. Shaft Crack Detection Methodology, Orbit, Vol. 9, No. 1, VIBRATION PARAMETERS OF THE SYSTEM AS INPUT DATA FOR MULTICRITERIA DECISION IN MECHANICAL DESIGN Livija Cveticanin, Ivana Kovačić Faculty of Fechnical Sciences, Novi Sad ANKUV Resume In systems where the basic production element is a rotor (a shaft-disc system) during the working period vibrations occur. In real systems, vibration measurment and done. The obtained values are analysed. Nonlinear properties of vibrating systems are included to give more appropriate models for further investigation. The nonlinearities are of physical and geometrical type. Using measured vibration values the working properties of machines are obtained. Comparing the vibration level with that given in international regulars an investigation about the trend of working efficiency of machines is developed. Besides, the vibrodiagnostics detects the causes of malfunctions. However, the decision about the working level of a fabric can be not obtained without applying of a proper decision method. Our investigation shows that the multicritera method is a useful tool for giving the final decision about the level of working efficiency of machinery in total. Key words: rotor vibrations, misalignment, unbalance, crack, multi criterion decision. 221

247 Proučavanje i razvoj metoda i analiza za odlučivanje u složenim tehničko-tehnološkim sistemima u AP Vojvodini Monografija Ištvan Bikit, Dušan Mrđa* METODE ODLUČIVANJA U SLUČAJEVIMA POVEĆANOG RADIJACIONOG RIZIKA APSTRAKT: Radijacioni rizik je verovatnoća narušavanja ljudskog zdravlja usled dejstva jonizujućeg zračenja. Povećanje radijacionog rizika se javlja ili usled spoljašnjeg ozračavanja ili usled konzumiranja hrane zagađene radioaktivnim materijama i udisanja kontaminiranog vazduha. Kod malih doza zračenja štetan efekat ima stohastički karakter, efekat se odražava na celoj zahvaćenoj populaciji, a ne direktno na pojedince. Zbog toga odlučivanje o restriktivnim administrativnim merama (ograničenje kretanja, zabrana prometa roba i sl.) mora biti izuzetno dobro odmereno i analizirano, uzimajući u obzir kako zdravstvene tako i finansijske aspekte. U ovom radu su analizirane alternativne metode odlučivanja, primenjene na problematiku odlaganja radioaktivnog otpada i optimalnog izbora zemljišta za poljoprivrednu proizvodnju sa aspekta njegove prirodne radioaktivnosti. Ključne reči: radioaktivnost, radijacioni rizik, radioaktivni otpad, statističke metode. I UVOD Jonizujućim zračenjem zove se zračenje čiji kvanti imaju dovoljno energije da iz atomskih omotača izbace elerktrone i time razore atomske i molekulske strukture. U prirodi se najčešće sreću tri vrste jonizujućih zračenja. Alfa zračenje čine dvostruko naelektrisana atomska jezgra helijuma. Ove čestice imaju veliku masu i pri prolazu kroz materijal intenzivno jonizuju, ali zato imaju veoma kratak domet (nekoliko cm vazduha). Beta čestice su u stvari elektroni (lake naelektrisane čestice) čija je jonizaciona moć značajna ali im je domet u vazduhu svega nekoliko metara. Gama zračenje čine bezmaseni kvanti elektromagnetnog polja. Domet gama kvanata je nekoliko km. Znači u slučaju kada su izvori zračenja van ljudskog organizma, samo gama zračenje je zapravo štetno dok se štetno dejstvo alfa i beta zračenja manifestuje samo kada se izvori zračenja unesu u ljudski organizam (interna kontaminacija). Količina radioaktivnosti u nekom materijalu se meri u jedinicama Bq / kg (1 radioaktivini raspad u sekundi u jednom kg materijala). * Univerzitet u Novom Sadu, Prirodno-matematički fakultet, Departman za fiziku; bikit@df.uns.ac.rs 222

248 Mera za štetno dejstvo zračenja na ljudski organizam je sievert (Sv). Kod ozračavanja sa velikim dozama zračenja reda veličine Sv, efekti zračenja se ispoljavaju na ozračenom pojedincu u vidu somatskih efekata (radijaciona bolest). Za efekte daleko manjih doza zračenja definiše se radijacioni rizik kao verovatnoća da pojedinac iz ozračene grupe doživi određen štetni stohastički (slučajan) efekat od zračenja. Veza između radijacionog rizika i doze kod malih doza zračenja je nedovoljno poznata. Zbog toga se u zaštiti od zračenja koristi hipoteza o linearnoj zavisnosti rizika od doze. Podaci dobijeni o štetnosti zračenja kod velikih doza (nuklearne eksplozije, akcidenti) se linearno interpoliraju do nultih doza. Ova metoda dovodi do zaključka da nema bezopasnih doza zračenja i da je svako ozračavanje u principu štetno. Zato se u zaštiti od jonizujućih zračenja sem autorizovanih (tolerantnih) granica za dozu koristi uvek i princip A.L.A.R.A. (As Low As Reasonably Achieveable) (toliko nisko koliko je razumno moguće). Naša saznanja o štetnom dejtsvu zračenja su značajno evoluirala u prošlom veku. Tabela 1.1 Razvoj godišnjih, graničnih vrednosti doza prema ICRP Godina (International Comission for Radiation Protection) Granična doza [Sv / god] za profesionalne radnike sa zračenjem za pojedince iz stanovništva Iz tabele 1.1 vidi se da je za profesionalna izložena lica, granična vrednost smanjena za skoro 30 puta, a za stanovništvo 5 puta. Imajući u vidu ove nedoumice oko štetnog dejstva malih doza zračenja, metode odlučivanja u slučajevima povećanog radijacionog rizika imaju poseban značaj. U ovom radu će se tehnike ovih odlučivanja prikazati na primeru analize bezbednosti odlagališta radioaktivnog otpada i analize optimalnog korišćenja poljoprivrednog zemljišta sa aspekta njihove radioaktivnosti. II PROCENA BEZBEDNOSTI SPREMIŠTA PÜSPÖKSZILÁGY, MAĐARSKA Repozitorijum se nalazi 32 km severoistočno od Budimpešte, u regionu niskih brda. Konstruisan je sedamdesetih godina, a završen U pitanju je površinski repozitorijum lociran na ravnici vrha niskog brda. Spremište je namenjeno odlaganju radioaktivnog otpada niskog i srednjeg nivoa, proizvedenog od strane naučnoistraživačkog reaktora Mađarske akademije nauka, bolnica i nekih industrijskih firmi. U toku dva perioda, otpad sa Paks nuklearne elektrane niskog i srednjeg nivoa takođe je transportovan u spremište. Pun kapacitet spremišta trenutno iznosi 5120 m3. Godine izvedene su dve procene bezbednosti, jedna od strane AEA Technology (Velika Britanija) i druga od 223

249 Sl Skicirana mapa lokacije Püspökszilágy spremišta strane ETV-ERO TERV (Budimpešta), obe procene primenjuje determinističku metodologiju. Skica mape lokacije prikazana je na slici 2.1. Brdo se pruža u SZ/JI pravcu i ograničavaju ga dva potoka, koji čine hidrogeološku osnovu sistema podzemnih voda. Geologija lokacije je relativno jednostavna, kao što je prikazano na slici 2.2. Brdo se sastoji od sedimenata lesni nastale u Kvartarnom periodu, od 5 do 30 m debljine. Sočiva rečnog šljunka i pijeska otkrivena su bušenjem podnožja lesni. Temelj čini sedimentni niz iz perioda Oligocena, koji se sastoji od morske gline, glinovitog mulja, mulja i umetnutog peska. Debljina niza je od 400 do 500 m. Kao prvi korak procene bezbednosti, uspostavljena je kompjuterizovana baza podataka iz inventara otpada spremišta. Inventar obuhvata 5930 otpadna paketa od prve pošiljke do 31. decembra 2001 godine. Otpad se odlagao u četiri vrste jedinica za odlaganje: Tip A: veliki betonski svod ispunjen plastičnim kesama i metalnim bubnjevima, Tip B: bunar od nerđajućeg čelika ( mm prečnik) za zapečaćene izvore zračenja, Tip C: mali betonski svodovi ispunjeni metalnim bubnjevima, Tip D: bunar od nerđajućeg čelika (200 mm prečnik) za zapečaćene izvore zračenja. Najveći deo otpada odlagan je u tipu A jedinica za odlaganje. Sve vrste jedinica pokrivene su betonskom pločom debljine 60 cm. Na vrhu ploče nalazi se sloj gline debljine 2 metra. Iz metodoloških razloga, izabrani su sledeći radioizotopi za procenu bezbednosti: 3H (period poluraspada 12.3 god), 90Sr (29.1 god), 137Cs (30.0 god), 63Ni (96.0 god), 14C (573 god) and 239Pu ( god). 224

250 Sl Geološki profil spremišta Püspökszilágy Ustanovljen je sledeći scenario normalne evolucije: Spremište će biti zatvoreno 1. januara Stručnjaci procenjuju da će poklopac od betonske ploče postepeno popusiti nakon 500 godina. Ovo omogućava direktnu infiltraciju meteorske vode u spremište. Počeće curenja od radioizotopa, a rastvori će migrirati nadole da dostignu nivo podzemnih voda, koji se nalazi na oko 20 metara ispod dna spremišta. Hidrogeološkim istraživanjima utvrđeno je da podzemne vode polako migriraju bočno, uglavnom u jugoistočnom pravcu da bi konačno dostigli potok Szilagyi na rastojanju od 1000 do 1100 metara. Manji deo migrira u jugozapadnom pravcu da dostigne potok Nemedi na udaljenosti od 400 do 500 metara. Rastvoreni radionuklidi dostići će biosferu uzduž ova dva potoka. Aktivnost šest odabranih radioizotopa određena je posebno za svaki paket otpada naveden u inventaru. Nažalost, u nekoliko slučajeva u inventaru je naveden samo redosled proporcija, u prisustvu dva ili tri radioizotopa. Ova okolnost predstavlja značajnu neizvesnost za bezbednosne proračune. Ovaj problem može biti rešen konstrukcijom odgovarajućih fazi brojeva, uz pomoć jednostavnog linearnog programskog modela. U prisustvu dva radioizotopa, može se dobiti niz od 5 x1 50 % i 50 x2 95 % Odgovarajući fazi brojevi prikazani su na slici 2.3 (a). U prisustvu tri rangirana radioizotopa, konstruisana su tri fuzzy broja, kao što je prikazano na slici 2.3 (b). U ovom slučaju optimalno rešenje problema linearnog programiranja dalo je sledeće procene : 5 x1 30 %, 5 x2 45 %, 35 x3 90 %, sa x1 + x2 + x3 = 100 %. Na ovaj način može se uspostaviti koncentracija aktivnosti svih neizvesnih slučaja i može se uzeti u obzir propagacija greške. Napravljene su službene procene vremena raspadanja različitih otpadnih paketa od strane odgovarajućih stručnjaka na osnovu sopstvenih eksperimenata i međunarodnih iskustava. Konstruisali smo fazi brojeve za tri glavne vrste otpadnih paketa, kao što je prikazano na slikama 2.4 (a), (b), i (c). Najkraći procenjeni životni vek pripada plastičnim kesama, njihovo propadanje počinje već nakon 5 godina. Čelični bubnjevi imaju duži vek trajanja, njihovo propadanje počinje nakon otprilike 30 godina i nastavlja se do 120 godina. Zapečaćeni metalni kovčezi se smatraju najpostojanijima, njihovo propadanje počinje nakon 800 godina, a završava se nakon 1500 godina. Ove razlike tačno izražavaju fazi brojevi. Treba naglasiti da ispod minimalnih vrednosti fazi broja procenjujemo nulto bekstvo radioizotopa. S 225

251 1.2 (a) Possible proportions of two isotopes membership degree proportion % (b) Possible proportions of three isotopes membership degree proportion % Sl Moguće proporcije radioizotopa u otpadnim paketima, kao što je prikazano fazi brojevima (a) proporcije dva izotopa; (b) proporcije tri izotopa druge strane, kada se dostigne pun stepen članstva 1, procenjuje se da nema više zaštite za dati paket otpada. Izračunali smo koncentracije aktivnosti za svaki od radioizotopa za referentni datum 1. januara godine, uzimajući u obzir zaštitu različitih otpada paketa. Neizvesnosti zbog manjkavosti popisa navedenih gore predstavljene su minimalnim i maksimalnim vrednostima odgovarajućih fazi brojeva (tabela 2.1) za 90Sr, 137Cs i 239Pu. 226

252 1.2 (a) Plastic bags escaping proportion of total activity year 1.2 (b) Steel drums escaping proportion of total activity year 1.2 (c) Sealed metallic cases escaping proportion of total activity year Sl Vreme razlaganja različitih paketa otpada, kao što je predstavljeno fazi brojevima. (a)plastične kese; (b) čelični bubnjevi; (c) zapečaćene u metalnoj kasi 227

253 Tabela 2.1 Izvorni intenziteti (Bq /god) za izotope 90 Sr, 137 Cs i 239 Pu Time Sr90 Cs137 Pu239 year min max min max min max E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E

254 Time Sr90 Cs137 Pu239 year min max min max min max E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-01 Za četiri vrste navedenih otpadnih jedinica, izvedene su zvanične procene razlaganja od strane odgovarajućih stručnjaka. Izrađeni su fazi brojevi za četiri tipa, uzimajući u obzir neizvjesnosti procene, kao što je prikazano na slici 2.5 (a), (b) i (c). Isti fuzzi brojevi izrađeni su za tipove A i C, budući da su im zvanične procene razlaganja bile identične. Prema ovim procenama, bežanje radioizotopa će početi već nakon 30 godina, a nakon 500 godina više neće postojati zaštite. D tipovi čeličnih bunara su bezbedniji, jer bežanje može početi posle 250 godina, a zaštita će se završiti nakon 600 godina. Najveću zaštitu pružaju B tipovi bunara od nerđajućeg čelika za zapečaćene izvore zračenja, njihovo razlaganje počinje nakon 800, a završava nakon 1500 godina. U sledećem koraku izračunali smo koncentraciju aktivnosti iscurelih radioizotopa, na dnu spremišta. Stopa curenja λ l je izračunata pomoću sledeće formule: λ l = q / z (θ + ρ K d ) gde su: q = količina meteorske vode koja prodire u jedinicu radioaktivnog otpada (mm/god.), z = visina vrste odloženog otpada (na Püspökszilágy spremištu 5,6 metara), θ = vlaga otpada (%), ρ = spec. gustina otpada (kg/m3), K d = koeficijent apsorpcije. 229

255 1.2 (a) Type A and C disposal units escaping proportion of total activity year 1.2 (b) Type B disposal units escaping proportion of total activity year 1.2 (c) Type D disposal units escaping proportion of total activity year Sl Vremena razlaganja različitih paketa otpada, kao što je predstavljeno fazi brojevima. (a) plastične kese; (b) čelični bubnjevi; (c) zapečaćene u metalne kase 230

256 1.2 (a) Source intensity of H-3 degree of possibility ,58E+07 1,58E+07 1,59E+07 1,59E+07 1,60E+07 1,60E+07 Bq/year 1.2 (b) Source intensity of Cs-137 degree of possibility E E E E E+01 Bq/year 1.2 (c) Source intensity of Sr-90 degree of possibility E E E E E+02 Bq/year 5.00E+02 Sl Intenziteti izvora odabranih radioizotopa predstavljenih fazi brojevima. (a) tritium izotop ( 3 H); (b) cezijum izotop ( 137 Cs); (c) stroncijum izotop ( 90 Sr) 231

257 1.2 (d) Source intensity of C-14 degree of possibility E E E E E E+06 Bq/year 3.00E (e) Source intensity of Pu-239 degree of possibility E E E E E+04 Bq/year 2.50E+04 Sl Intenziteti izvora odabranih radioizotopa predstavljenih fazi brojevima. (d) ugljenik izotop ( 14 C); (e) izotop plutonijuma ( 239 Pu) Nesigurnost komponenti ove jednačine je takođe značajna i uzeti su u obzir u odgovarajućim fazi brojevima, kao što je prikazano na slici 2.6 (a) - (e). Rezultati proračuna aktivnosti navedeni su u tabeli 2.2!! za 58 vremenskih nivoa u rasponu od 1 do godina nakon referentnog datuma (Januar 1, 2006), posebno za svih šest ispitivanih radioizotopa. Numeričke vrednosti ove tabele su predstavljene u obliku dijagrama, kao što je prikazano na sl One izražavaju promene aktivnosti koje se dešavaju ispod dna spremišta. Umesto krivih u tradicionalnim dijagramima, prugama se izražavaju minimalne i maksimalne vrednosti odgovarajućih fazi brojeva, drugim riječima stepen nesigurnosti proračuna. Što šira pruga, to se više neizvesnosti odnosi na dati procenu. Pokazano je da se količina nesigurnosti prilično razlikuje za šest odabranih radioizotopa. Najveća je kod 14C a najniža kod 3H. Mala izbočina iznad nivoa od 1000 godina za 63Ni odgovara količini zapečaćenih paketa u bunarima od nerđajućeg čelika (tip B), koje karakteriše najviša stabilnost. 232

258 Sl Evolucija izvora intenziteta u narednih godina (pruge predstavljaju podršku - min / max intervale - odgovarajućih fazi brojeva); (a) evolucija tricijuma, ugljenika i izotopa plutonijuma; (b) evolucija izotopa stroncijuma, cezijuma i nikla Prihvatanjem hidrogeološkog modela ustanovljenog hidrogeološkim istraživanjima lokacije, infiltrirana meteorska voda migrira prema dole u nezasićenu zonu nakon napuštanja donjeg nivoa spremišta. Brzina ove migracije se uveliko razlikuje, u zavisnosti od propustljivosti date vrste stena i količina padavina. Procena najvećeg mogućeg vremena migracije, sve do nivoa podzemnih voda iznosi 40 do 60 godina, a ne može biti više od 80 godina, prema rezultatima hidrogeoloških istraživanja obavljenih u ovoj oblasti. Stručnjaci naglašavaju da u slučaju dugih i obilnih kiša, cela nezasićena zona postane zasićena neko vreme. Tokom ovog perioda brzina migracije nadole povećava se značajno, tako da minimalno vreme migracije može biti samo jedna godina. Izradili smo fazi brojeve uzimajući u obzir sve ove rezultate (slika 2.8.) Tokom silazne migracije nije došlo do značajnijeg razblaživanja rastvora u usporedbi sa utvrđenim hidrogeološkim modelom. Izračunali smo numeričke minimalne i mak 233

259 1.2 Downward migration time in the unsaturated zone 1 membership year Sl Fazi broj predstavlja vreme silazne migracije infiltirane meteorske vode u nezasićenoj zoni simalne vrednosti fazi brojeva za svih 58 gorenavedenih vremenskih nivoa, a rezultati su predstavljeni u vidu tabela i dijagrama (slike 2.9 (a) i (b)). Dijagram predstavlja koncentraciju aktivnosti radioizotopa prilikom dosezanja nivoa podzemnih voda. Dijagram je veoma sličan gore navedenom, sve promene usledile su zbog migracije rastvora u nezasićenoj zoni. Posle dostizanja zasićene zone, rastvori migriraju bočno naniže u pravcu Szilagyi i Nemedi potoka. Oba potoka nalaze se na 100 do 110 metara ispod vrha platoa. Nedavna hidrogeološka istraživanja otkrila su da najveći deo podzemnih voda migrira duž šljunka kvartarnih terasa i duž zone sedimenata Gornjeg Oligocena, oštećene vremenskim prilikama. Putevi migracije su takođe utvrđeni tako da su gotovo paralelni, tj. nisu formirane migracioni lepeze. Tako je potrebno oko 1000 do 1100 metara da podzemne vode dostignu Szilagyi potok i 400 do 500 metara da dostignu Nemedi potok. Vreme migracije sa platoa do potoka može se izračunati samo uz neizvesnosti, budući da se unutur istih tipova stena merenja infiltracionog koeficijenta razlikuju za više od jednog reda veličine. Iz tog su razloga zvanične hidrogeološke procene za vreme migracije prilično neodređene: od platoa do Nemedi potoka minimalno 100 a maksimalno 500 godina i do Szilagyi potoka minimalno 150, a maksimalno 500 godina, uz 240 godina kao prihvaćeni prosek. Procenili smo da je 70-80% infiltracionih meteorskih voda migrira ka Szilagyi potoku, a samo 20-30% prema Nemedi potoku. Kako je cilj ove evaluacije samo demonstracija novih metodologija, odlučili smo da predstavimo samo deo migracije koja doseže Szilagyi potok. Fazi broj koji predstavlja neizvesnost vremena migracije do Szilagyi potoka, prikazan je na slici 2.10, trouglasti fuzzi broj. Laboratorijska merenja pokazala su da sedimenti migracionih puteva mogu da apsorbuju 20 do 80 % rastvorenih radioizotopa. Zauzimajući konzervativan stav, uzeli smo u obzir samo 20% apsorpcije. Izračunali smo odgovarajuće koncentracije aktivnosti za mesto gde radioizotopi dosežu Szilagyi potok, gde je biosfera. Izračunali smo numeričke vrednosti za svih 58 vremenskih nivoa za svih šest radioizotopa i oni su takođe pred- 234

260 Sl Evolucija koncentracije aktivnosti na dolasku rastvora izotopa do nivoa podzemne vode (pruge predstavljaju podršku - min / max intervale - odgovarajućih fazi brojeva). (a) evolucija tricijuma, ugljenika i plutonijuma, (b) evolucija izotopa stroncijuma, cezijuma i nikla stavljeni u vidu dijagrama na slici 2.11 (a) i (b). Radioizotopi se pojavljuju na ovom mestu 150 godina nakon referentnog datuma (1. januar godine) u minimalnom slučaju, a nakon samo 500 godina u maksimalnom slučaju. Pruge predstavljaju granicu nesigurnosti procene. Najšire su za 14C i 239Pu radioizotope, a najuži za 90Sr, 137Cs i za 3H. Koncentracija aktivnosti 14C je najveća prilikom dosezanja Szilagyi potoka. Izračunali smo, takođe, zbir koncentracija aktivnosti šest radioizotopa u osam vremenskih nivoa od 150 do 500 godina nakon referentnog datuma. Ovi rezultati su u saglasnosti sa drugim, nedavno dobijenim procenama bezbednosti spremišta. Ovo je rezultiralo čvrstom, matematički ispravnom kvantifikacijom procene neizvesnosti. Dalja prednost metode je njena jednostavnost i transparentnost. Započeli smo dalje procene bezbednosti u godini na potencijalnoj lokaciji spremišta za otpade niske i srednje 235

261 1.2 Migration time in the saturated zone degree of possibility year Sl Fazi broj predstavlja vreme silazne migracije infiltracionih meteorskih voda u zasićenoj zoni Sl Evolucija koncentracije aktivnosti na dolasku rastvora izotopa do Szilagyi potoka (pruge predstavljaju podršku - min / max intervale - odgovarajućih fazi brojeva. (a) evolucija tricijuma, ugljenika i plutonijuma, (b) evolucija izotopa stroncijuma, cezijuma i nikla 236

262 aktivnosti na Bátaapáti u južnoj Mađarskoj. Uvereni smo da se metoda može primeniti na bilo koju vrstu geoloških barijera kao i i za odlaganje otpada visokog nivoa. Primer i primena ove metode kao i detalji razvoja metode mogu se naći u referencama [27-36]. III VIŠEKRITERIJUMSKA ANALIZA RADIOAKTIVNOSTI ZEMLJIŠTA 3.1 Uvod Zemljište se obično definiše kao gornji sloj zemljine kore koji se sastoji od mineralnih čestica, organske materije, vode, vazduha i živih organizama [1]. Njegova dubina može da varira od nekoliko milimetara do nekoliko metara i prisutna je u većem delu Zemljine površine u vidu užeg ili šireg sloja zvanog Pedosfera [2]. Zagađenje zemljišta jedan je od najozbiljnijih problema u svetu, sa dugoročnim posledicama po ljudski život[3]. Jedan od najvažnijih aspekata zagađenja zemljišta je njegova radioaktivnost koja se zasniva na prisustvu radioaktivnih elemenata ili radionuklida. Radioaktivnost se može posmatrati kao prirodna i antropogena. Prirodna radioaktivnost ukazuje na prirodne radionuklide koji se redovno mogu naći u Zemljinoj kori. Na većini mesta na planeti, prirodna radioaktivnost varira samo u okviru uzane margine, ali na nekim mestima postoje velika odstupanja od normalnog nivoa, zbog obilja minerala sa visokom radioaktivnošću [4]. Do spoljnog izlaganja dolazi zahvaljujući radionuklidima sa gama zračenjem, prisutnih u tragovima u zemljištu, uglavnom iz porodica kalijuma (40K), uranijuma (238U) i torijuma (232Th) [5]. Energija zračenja navedenih elemenata predstavlja oko 98% od ukupnog zračenja prirodnih radioaktivnih elemenata. Antropogena radioaktivnost zemljišta uslovljena je antropogenim radionuklidim različitih hemijskih elemenata, nastalih kao rezultat intervencije čoveka, u smislu korišćenja nuklearne energije u vojne i ne-vojne svrhe. Od svih antropogenih radionuklida koji su izučavani do sada, cezijum (137Cs) je najdominantiji. To je jedan od najrasprostranjenijih i najopasnijih radionuklida kako za čoveka tako i za druge žive organizme, s obzirom na njegov dug period raspada (30,2 godine) i visok nivo energije radioaktivnog zračenja. Ukupno fonsko zračenje izazvano navedenim prirodnim radionuklidima može se izraziti korišćenjem apsorbovane doze zračenja na 1m iznad tla ( D ), koje se obračunava pomoću koeficijenata 0.462, i (ngi/h) / (Bq/kg ) za sadržaj 238U (226Ra), 232Th i 40K respektivno [5]. Međutim, ova metoda ne pruža kompletan uvid u radioaktivnost određene lokacije jer ne uzima u obzir prisustvo nekih drugih radionuklida. Cilj ovog rada bio je da se procene i rangiraju lokacije uzorkovanja u smislu prisustva najznačajnijih prirodnih i antropogenih radionuklida u aluvijalnom zemljištu [6-13] na teritoriji Čačka. Rangiranje na osnovu pet kriterijuma (aktivnost 238U, 226Ra, 232Th, 40K i 137Cs) je urađeno pomoću PROMETHEE (Preference Organization Method for En- 237

263 richment Evaluation) višekriterijumske metode odlučivanja. Gaia metoda (Geometrical Analysis for Interactive Assistance) je korišćena za grafički prikaz rezultata. Komparativna analiza rezultata srodnih studija od strane drugih autora takođe je priložena u radu u cilju sveobuhvatnijeg prikaza stanja date tematike. 3.2 Materijali i metode Oblast izučavanja Grad Čačak nalazi se u zapadnom delu centralne Srbije sa opštinama Gornji Milanovac na severu, Požega na zapadu, Lučani na jugozapadu i jugu, i Kraljevo i Knić na istoku (slika 3.1). To je administrativni centar Moravičkog okruga. Geografske koordinate opštine su istočne geografske dužine i severne geografske širine. Morfološki gledano, čačanski sliv je tektonska depresija nastala u periodu Oligocena udubljivanjem dveju uzdužnih preseka. Površina čačanskog sliva prema kraljevčanskom suženju je preko 270 km2. Sliv leži na nadmorskoj visini od 200 do 300 m. Pedološki sastav teritorije Čačka je raznovrstan. Najzastupljeniji tipovi zemljišta su aluvijalna zemljišta, vertisol, cambisol i parapodzol. Aluvijalno zemljište formiranoje od rečnih naslaga, a može se naći u čačanskom slivu duž reke Zapadne Morave. Ono pripada plodnim zemljištima, posebno u srednjim i niskim rečnim tokovima. Sastoji se od rečnog nanosa, mulja, peska i šljunka deponovanog tokom poplava. Bogata je organskim materijama i laka je za obradu [14]. Takva raznovrsnost zemljišta pruža uslove za visoko razvijenu biološku raznolikost. Dakle, ovo je verovatno region sa najraznovrsnijom poljoprivrednom proizvodnjom na teritoriji cele Srbije. Na osnovu podataka Republičkog zavoda za statistiku, površina opštine Čačak je 636 km2, pri čemu urbane, šumske i poljoprivredne površine pokrivaju 45 km2 (7%), 158 km2 (25%) i 433 km2 (68% ili 44,060 ha) respektivno. Slede područja pokrivena oranicama, baštama, voćnjacima, vinogradima i pašnjacima sa ha, 6.930ha, 5.456ha i 4.609ha, respektivno. Na osnovu broja zaposlenih u različitim poljoprivrednim delatnostima, jasno je da je poljoprivreda primarna grana privrede [15]. Prema popisu iz godine, grad Čačak (opština Čačak u vreme popisa) je imao broj stanovnika od od kojih su i ljudi koji žive u urbanim i ruralnim sredinama, respektivno [16]. Sl. 3.1 Lokacija grada Čačak, Srbija. 238