Kezünkben tartjuk

Technikai újdonságok

Az emberiség ősrégi vágya a repülés csak a XX. század elején valósult meg. Sajnos azóta a sugárhajtómű kifejlesztésén kívül nem történt túl nagy haladás ezen a téren. Repülőgép-konstruk­tőreinkben fel sem merül a Földön kívüli civilizációk által használt antigravitációs hajtómű kifejlesztésének gondolata. Ez azért is érthetetlen, mert a II. világháború alatt német mérnökök már jelentős eredményt értek el ezen a téren. (Ennek részletes ismertetését lásd „Az ezotéria kiteljesedése” II. fejezetében.) A hagyományos (Bernoulli-törvényen alapuló) repülési mód megreformálására, olcsóbbá, zajtalanabbá környezetkímélőbbé tételére azonban számtalan próbálkozás történt. Ezek közös ismérve az elektromos árammal történő hajtás. A repülés történetének elmúlt 94 éve alatt már többször felmerült a villanymotor hajtóműként való alkalmazása, mivel kis helyet foglal, nem túl nehéz, és nem kelt olyan fülsiketítő zajt, mint a belsőégésű motorok. Ráadásul nem szennyezi a levegőt. Fizikailag a környezetszennyezés fő oka, hogy a robbanómotorok hatásfoka 15%, míg a villanymotorok a beléjük táplált energia 95%-át hasznosítják, mozgási energiává változtatják. Megkonstruálásuk sem okoz problémát, mert a hajtóművekbe szerelt villanymotorok tengelyére erősített légcsavarok elegendő tolóerőt képesek biztosítani a legnehezebb utasszállító repülőgép felemelésére is. A közönséges asztali ventillátorokhoz hasonlóan működő csőlégcsavarok a levegősugarat összefogják, és egy hátraterelő burkolaton át hozzák létre az angolul „fan”-nek nevezett tolóhatást.

A baj csak az, hogy a nagyteljesítményű villanymotorok táplálásához sok áram kell, amit a legmodernebb akkumulátorok sem képesek órákon át biztosítani. Ráadásul az akkumulátorok rendkívül terjedelmesek, súlyosak és drágák. Az 1970-es években egy osztrák fejlesztésű légcsavaros kisgép odáig jutott el ezen a téren, hogy 10 perc alatt 1800 méter magasra emelkedett. Ezt követően kimerültek az akkumulátorai, és vitorlázó repüléssel kényszerült leszállni. A kiútkeresés másik ága a napelemes táplálás. Itt már biztatóbbak az eredmények, de az üzemszerű használatot egy leküzdhetetlen akadály hátráltatja, az időjárás. Ezt jól példázza, hogy a McCready³⁷ által épített igen könnyű, a szárnyait borító napelemek által szolgáltatott árammal hajtott kisrepülőgép vakító nyári napsütésben átrepülte a La Manche³⁸ csatornát. De visszatérni már nem tudott, mert időközben beborult az ég, és a szolárcellák nem tudtak elegendő áramot termelni a hajtóműnek. Ezért a konstruktőrök most egy új áramforrásra „vetették ki a hálójukat”, az üzemanyagcellára.

Az üzemanyagcella vagy más néven tüzelőanyag-cella tulajdonképpen nem új találmány, mivel az űrkutatásban már régóta használják a rakéták áramellátásának biztosítására. A polgári életben azonban csak most kezdték el alkalmazni. Működési módját a Nobel-díjas Walther Nernst³⁹ fizikus már 1894-ben leírta. Az eljárás tulajdonképpen nem más, mint az elektrolízises vízbontás fordítottja. Az üzemanyagcella szerkezete hasonlít az akkumulátoréra. Legfőbb tulajdonsága, hogy a bevezetett üzemanyagot anélkül alakítja át elektromos árammá, hogy előbb hőenergia keletkezne belőle. Emiatt igen magas a hatásfoka. Az üzemanyagként használt cseppfolyós hidrogén a cella platina bevonatú anódjára jut, ahol elégése közben oxidálódik, és alkotóelemeire: protonokra, valamint elektronokra bomlik. Az ily módon keletkező pozitív atommagok a katódra vándorolnak. Ott a pozitív hidrogénionok egyesülnek a katódon képződő negatív töltésű oxigénionokkal. A negatív elektróda a redukcióhoz szükséges oxigént az égés táplálására oda vezetett levegőből vonja el. Mivel az anódon és katódon keletkezett részecskék ellentétes töltésűek, az elektródalemezek között feszültség keletkezik, ami a rákapcsolt terhelésen keresztül elindítja az elektronáramlást. Némi gondot jelent, hogy egy elektródapár csupán 1 V feszültség generálására képes, de ez a probléma több elektródalemez sorba kapcsolásával megoldható. Melléktermékként csupán víz keletkezik.

Az üzemanyagcella nagy előnye, hogy zajtalan, semmiféle szennyező anyagot nem bocsát ki, nincsenek mozgó, karbantartást igénylő alkatrészei, és a hatásfoka elérheti a 80%-ot is. Önmagában véve tehát ideális áramforrásnak tűnik, de az alkalmazását több nehézség is hátráltatja. Ezek egyike, hogy a cseppfolyós hidrogént tároló tartályok igen nagy helyet foglalnak. Az elektroplan-nak nevezett villanymotor-meghajtású repülőgép prototípusában a hidrogéntartályok az utastér csaknem felét elfoglalják. Ennek egyik oka a hidrogén viszonylag alacsony fajlagos energiatartalma. Emiatt a ben­zintankkal azonos méretű gázpalackkal felére csökken a jármű hatótávolsága. Komoly problémát okoz az is, hogy a folyékony hidrogént állandóan -253 ^oC-on kell tartani, miközben a cella üzemi hőmérséklete több száz ^oC-os. Az ehhez szükséges fagyasztó-berendezések sokba kerülnek, és szin­tén nagy helyet foglalnak. Arról nem is szólva, hogy jelentős mennyiségű áramot fogyasztanak.

Nem kis gondot okoz a tartály hőszigetelése. Erre a célra kettős falú palackot használnak, ahol a falak közti rést 70 réteg alufóliával és üveggyapottal töltik ki. Mivel a gépkocsi tartályát az állásidő alatt is hűteni kell, ez jelentős többletenergiát igényel. Ennek tudható be, hogy a gépkocsihajtásban nem terjedt el az üzemanyagcella használata. Az üzemeltetéshez szükséges segédberendezések ugyanis nem csak a csomagtartót, hanem az utasteret is teljesen kitöltötték. A kísérleti példányban még az autó vezetője melletti ülés is tartályokkal volt tele. Ennek ellenére egy töltéssel csupán 45 kilométernyi utat lehetett megtenni. Időközben ez a helyzet jelentősen javult. 2015-ben már egy feltöltéssel 700 kilométert képesek megtenni a hidrogénautók, és a tankolásuk is csak 3 percig tart. Ennek ellenére továbbra sem várható a tömeges elterjedésük. A töltőállomás ugyanis rendkívül drága. Egy hidrogénkút létesítése csaknem 1 milliárd forintba kerül.

A tüzelőanyag-cellák legújabb generációja nem hidrogénnel, hanem földgázzal működik. A földgázt tartalmazó palackot nem kell hűteni, ezért kevesebb helyet foglal, de ez az autó nem sokban különbözik a propán-bután gázzal hajtott gépkocsiktól. Ez esetben már légszennyezés is fellép, mert a földgáz elégetése során szén-dioxid, nitrogén-dioxid és kén-dioxid is felszabadul. Egyetlen előnye ennek a meghajtásnak, hogy amíg a gázturbinás motorok hatásfoka max. 45%, a földgázzal üzemeltetett tüzelőanyag-celláé meghaladja az 50%-ot. Amennyiben a kiáramló forró gázt rávezetik egy áramtermelő turbinátorra, akkor a hatásfok eléri a 60, sőt a 70%-ot is. Ez a rendszer azonban annyira bonyolult, hogy csak erőművek esetén valósítható meg. A tüzelőanyag-cellás erőművek elterjedését viszont az igen magas beruházási költség hátráltatja. A köztudottan drága atomerőmű létrehozása ennek az összegnek a kétharmadába, míg a szénerőműé csupán egyharmadába kerül.

Természetesen gépkocsikban sem lehet olcsóbban alkalmazni ezt a meghajtást. Az első üzemanyagcellás gépkocsi előállítási költsége tízszerese volt a hagyományos robbanómotorosnak. Azóta csökkentek ugyan az árak, de még most is jóval felülmúlják a benzin- illetve dízelmotoros gépkocsikét. (Jelenleg kétszer annyiba kerülnek, ami hidrogéntartály tárolási nehézségén kívül az üzemanyagcellák biztonságossá tételének tudható be.) Ez a piacképesség szempontjából nem éppen kedvező helyzet alapvetően azokra a kiszolgáló egységekre vezethető vissza, amelyek megteremtik a hidrogén üzemszerű tárolásának feltételeit. Az üzemanyag-hőmérséklet -253 ^oC alatti tartásának oka nagyon prózai. Ha a folyékony hidrogén felmelegedik, akkor gázzá alakul, és felemeli, léghajóként kirepíti a járművet a világűrbe. Az üzemanyag folyékony állapotban való tartása azért is elengedhetetlen, mert gázhalmazállapotban több ezer köbméteres tartályt igényelne. Ráadásul télen nem használható, mert –20 ^oC alatt az üzemanyagcella működésképtelenné válik. Emellett akkor is fogy az üzemanyag, amikor a gépjármű áll. A hidrogén ugyanis rendkívül illékony gáz. A hűtés ellenére 2-3%-a elpárolog. Nem váltak be a hidrogénelnyelő fémhibridek sem. A legkedvezőbb tulajdonságú nátrium-alumínium vegyületek is legfeljebb saját súlyuk 8-9%-ának megfelelő mennyiségű hidrogént tudnak megkötni.

Ezen túlmenően van egy negyedik, szerencsére nem túl gyakran előforduló prob­léma is ezzel a hajtással. Az üzemanyagcellás repülőgép lezuhanása esetén a megmenekülésre még annyi esély sincs, mint a kerozin-meghajtású repülőgépeknél. A hidrogén ugyanis az összes éghető anyag közül a leglobbanékonyabb, így már egy kis szikra esetén is úgy járna a repülőgép, mint annak idején a Hindenburg léghajó. Mivel a hidrogén égése oly heves, hogy robbanás formájában megy végbe, lakott településre zuhanás esetén a környező épületeket is miszlikbe aprítja. Ennek tudata nem csak az utasok pszichéjét befolyásolná károsan, hanem megviselné a lakosságot is. Az emberek úgy éreznék magukat, mintha naponta több ezer repülő bomba körözne a fejük felett.

Nagyban nehezíti az üzemanyagcella alkalmazását az a sajátossága is, hogy viszonylag hosszú bemelegedési időre van szüksége. Bekapcsolása után nem ad azonnal áramot. Az sem járható út, hogy állandóan működtetjük, és csak a villamosáram-vételezés időtartamára kapcsoljuk rá a terhelést. A Tesla konverterrel ellentétben az üzemanyagcellának primér energiára (hidrogénre, metanolra) van szüksége, ami akkor is fogy, ha nem használjuk fel az általa termelt áramot. Nem bírja a teljesítményingadozást sem. Az akkumulátorral szemben nincs tartalékkapacitása. Csak annyi áramot tud szolgáltatni, amennyit termel. Ha megnő a terhelés, lecsökken az üzemi feszültsége, amit kevés fogyasztó képes elviselni. Ez csak oly módon küszöbölhető ki, hogy egy nagykapacitású kondenzátort, vagy akkumulátort a tüzelőanyag-cella és a fogyasztó közé iktatunk, ami tovább drágítja a használatát. Tartalékenergia a Tesla-konverterben sincs, de ezt a készüléket túl lehet méretezni. Ha a csúcsteljesítményre tervezzük, akkor nem kell számolni feszültségeséssel. Az üzemeltetése során ez nem jár semmilyen költségnövekedéssel, csupán az előállítási ára nő kissé. Az üzemanyagcella széleskörű elterjesztése azért sem megoldás, mert ha minden gépkocsiba beépítenénk, a katalizátorként használt platina földi készlete 15 év alatt kimerülne. Ezt követően a vegyipar is lebénulna, mivel nagyon sok kémiai reakció csak platinakatalizátorral indítható el.

Nem vált be a hagyományos robbanómotorok hidrogéngázzal történő üzemeltetése sem. A hidrogént ez esetben is –253 ^oC alá kell hűteni, az égés során keletkező nitrogén-dioxid miatt pedig a dugattyús motor nem teljesen emissziómentes. Mivel a hidrogén fajlagos energiája kisebb a szénhidrogéneknél, ennek az eljárásnak az alkalmazása fel sem merült a repülőgépeknél. A nagyméretű üzemanyagtartály és a terjedelmes hűtőrendszer ez esetben is kiszorítaná az utasokat a gépből. Erről az oroszok közvetlen tapasztalattal is rendelkeznek. Ők évtizedek óta intenzíven foglalkoznak alternatív meghajtású repülőgépek fejlesztésével. Erőfeszítéseik egyik eredménye a Tu-154-H típusú repülőgép, melynek középső hajtóműve nem kerozint, hanem folyékony hidrogént éget el. A hidrogéntároló tartály és a hűtéséhez használt berendezések azonban úgyszólván az egész utasteret kitöltik.

Ezért a hidrogén alkalmazása kizárólag országúti, illetve vízi járműveknél jöhet szóba. Egyelőre csak néhány autógyár laboratóriumában kísérleteznek vele, de a levegőtisztaság terén ez a módszer sem fog áttörést eredményezni. A hidrogénnel hajtott gépkocsi környezetkímélő ugyan, de a vízbontáshoz, vagyis a hidrogéngyártáshoz szükséges áramot ma még többnyire levegőszennyező hőerőművekkel állítják elő. A valós levegőszennyezés ennél sokkal nagyobb, mivel jelenleg szénhidrogénekből nyerik ki a hidrogént. A hidrogén vízbontással történő gyártásához ugyanis nagyon sok áram kell. A kőolaj, illetve a földgáz elégetésével olcsóbban lehet hidrogénhez jutni. A vele járó levegőszennyezés mér­téke azonban csaknem eléri a szénégetéses gázfejlesztő technológia szintjét. (A XIX. században és a XX. század első felében mindenütt a világon kőszénből nyerték ki a hidrogént. A városi gáznak is nevezett hidrogént csak néhány évtizeddel ezelőtt váltotta fel a nagyobb fűtőértékű metángáz.) Alternatív megoldásként szóba jöhetne még a hidrogén levegőből való kinyerése. Mint ismeretes a légkör igen nagy mennyiségű hidrogén tartalmaz. Ennek kivonása és cseppfolyósítása azonban még a vízbontásnál is energiaigényesebb művelet.

Mindezen nehézségek láttán a konstruktőrök új utakat kerestek. Jelenleg a levegőszennyezés visszaszorítására leginkább elterjedt megoldás a hibridautó. Ennél a konstrukciónál a városi közlekedésben villanymotor, az országúton pedig benzinmotor hajtja a járművet. Az öszvérmeghajtás hátránya a magas ár. Ez esetben két autót kell egy karosszériába beépíteni. Ennek ellenére a károsanyag-kibocsátás max. 50%-kal csökken. Ez az érték azon­ban csak akkor érhető el, ha a villanymotort tápláló akkumulátort napelemekkel vagy más meg­újuló energiaforrásból származó árammal töltjük. Amennyiben hőerőművekkel termelt áramot hasz­nálunk erre a célra, akkor ez az autó csupán elsődlegesen tekinthető környezetkímélőnek. Hiába az igyekezet, ezen az úton haladva csak annyit érünk el, hogy a gépjárművek helyett erőművek fogják szennyezni a levegőt.

Ebből kifolyólag a tüzelőanyag-cellás táplálás sem teremt számunkra kiutat, mivel az üzemanyagként használt hidrogént ipari méretekben csak hagyományos erőművek által szolgáltatott árammal lehet előállítani. Környezetvédelmi szempontból nem jelent előrelépést a metanollal működő üzemanyagcella sem. Ez az Oláh György Nobel-díjas kémikus által javasolt megoldás mentesít bennünket a hidrogén tárolásával járó nehézségektől, de hatásfoka egyelőre nem éri el a hidrogéncelláét. Robbanásveszéllyel sem kell számolni, a metanol azonban ugyanúgy szennyezi a levegőt, mint a szénhidrogének (benzin, dízelolaj). A metilalkohol elégetése során ugyanis nem csak víz keletkezik, hanem szén-dioxid is, ami továbbra is gerjeszti a globális felmelegedést. A hibridautó pedig csak látszatmegoldás, a levegőszennyezés problémáját ez sem oldja meg.

A nagy repülőgépgyárak jobban tennék, ha a tüzelőanyag-cellás meghajtásra szánt összeget a Tesla-konverter rekonstruálására fordítanák. Ez a törekvés még akkor is ered­ménnyel járna, ha egyelőre nem sikerülne olyan diódát találni, amely nulla küszöbfeszültség mellett negatív belső ellenállással rendelkezik, vagyis erősítőhatást fejt ki az áramkörben. Ez esetben az első, antennás fokozatot egy jelgenerátorral lehetne helyettesíteni. A tovább fokozatok „Az ezotéria kiteljesedésé”-ben közölt működési mechanizmus alapján hagyományos alkatrészekből is megépíthetők. A teljesítményfokozatok gerjesztésének optimális módját egy laboratóriumi szignálgenerátorral lehetne kikísérletezni. Amint sikerült megállapítani az éter által szolgáltatott jelek alakját és rezonancia-frekven­ciáját, a szignálgenerátor egy pár voltos amplitúdójú oszcillátorral helyettesíthető. Ennek az egyszerű, néhány milliwattnyi teljesítményt szolgáltató generátornak a táplálását egy alkáliföldfém-elem 4 évig, egy lítiumelem pedig 10 évig tudná biztosítani. A „üzemanyagköltség” tehát úgyszólván a nullával lenne egyenlő.

Az egymást követő erősítő fokozatok már bőröndnyi méret esetén is kilowattnyi villamos energiát eredményeznek, egy asztalnyi méretű konverterből pedig megawattnyi energia vehető ki. Ez könnyen elférne a repülőgép farokrészében, és nem foglalná el az utastér jelentős részét, sőt a csomagtér is szabadon maradna. Nagy hatásfokú elektromotorokat alkalmazva azonban nem is lenne szükség ekkora teljesítményre, mivel ezeket a motorokat csak gerjeszteni kell, áramot alig fogyasztanak. (Azt azonban meg kell vizsgálni, hogy a hajszálvékony huzalból készült tekercselés bírja-e a fel- és leszálláskor fellépő rázkódásokat.) Nagy előnye lenne még ennek a táplálási módnak, hogy a repülőgép esetleges lezuhanása esetén sem a hajtómű, sem a konverter nem gyulladna ki, így az utasok jelen­tős része életben maradna. A sérülések súlyosságának csökkentése érdekében ez esetben már érde­mes lenne alkalmazni a gépkocsiknál jól bevált légzsákos védelmi rendszert az ütközési energia elnye­lé­sére. Kényszerleszállás előtt sem kellene az üzemanyagot a légtérbe vagy a tengerbe engedni, ami to­vább csökkentené a környezeti terhelést. Később, amikor majd sikerül kifejlesztenünk a megfelelő diódát az első fokozathoz, már az elemmel táplált oszcillátoros gerjesztésre sem lesz szükség, mert ezt a feladatot átveszi egy szigetelt drótdarab, amit a repülőgép törzsének a tetejére célszerű erősíte­ni.