Új Szó - Vasárnap, 1981. július-december (14. évfolyam, 26-52. szám)

1981-12-06 / 48. szám

TUDOMÁNYTECHNIKA A NAPENERGIA HASZNOSÍTÁSÁNAK LEHETŐSÉGEI A Nap sugárzási energiájának hasznosítása mindig foglalkoztat­ta az emberiséget. Érthető, hiszen a napenergia kimeríthetetlen és az elképzelhető legtisztább energia­­forrás. Gyakorlati alkalmazásának első jellemző esete volt Archime­des gyújtótükre időszámításunk előtt 212 évvel, amikor a Syraku­­sát ostromló ellenséges flotta ha­jóinak vitorláit a gyűjtött napsugár­ral felgyújtotta. A későbbi konkrét felhasználást háttérbe szorította, hogy a hagyo­mányos energiahordozók sok szempontból kedvezőbbeknek mutatkoztak. Jelenleg a napener­gia hasznosításának problémája a világméretű energiaválság kap­csán került újra előtérbe. Még a krízis előtt sok ország­ban kidolgozták azokat a berende­zéseket (pl. napelemek, napkol­lektorok), amelyek a Nap sugárzá­si energiájának befogadásához szükségesek. A jelenlegi kutatá­sok a napenergia tárolási lehető­ségeivel foglalkoznak, mivel az energia befogadásának és fo­gyasztásának ideje a legtöbb esetben nem esik egybe. Ennek a problémának megoldásával je­lentősen megnövekszik a nap­energia szerepe az emberiség energiaellátásában. A kutatás stá­diumába került a néhány éve még megvalósíthatatlannak tűnt nap­erőmű-műhold problémája is. Összeállításunkban a továb­biakban bemutatjuk a napsugár­zás fajtáit, ismertetjük a napener­gia hasznosításának módszereit, a kutatások mai helyzetét és kité­rünk a hazai lehetőségek elemzé­sére is. A NAPSUGÁRZÁS Míg az atmoszférán kívül a Nap sugárzási energiája állandó, addig a Földön felfogható sugárzás mennyisége és minősége változik a földrajzi hely szerint. Minőségi­leg a leérkezett sugárzás közvet­len és szórt sugárzásból tevődik össze. A közvetlen sugárzás a Napból a Földre érkező párhu­zamos sugárnyaláb, a szórt su­gárzás pedig a napsugárzásnak az a része, amely a levegő- vagy vízgőzmolekulákon és légszen­­­nyező részecskéken történő szó­ródás után jut a földfelszínre. Közép-Európában évi átlagban az összsugárzáson belül a közvet­len rész kb. megegyezik a szórt résszel. A HŐENERGIA ELŐÁLLÍTÁSA A napsugárzás hasznosításá­nak legelterjedtebb formája a kü­lönböző célokra szolgáló előállítá­sa. Ilyen esetekben a napsugárzás befogásának két módja van: tükrös (fókuszáló) berendezéssel, vala­mint a nem fókuszáló (síklapú) berendezéssel. A fókuszáló berendezések lé­nyege, hogy a közvetlen sugár­zást egy helyre koncentrálják. Eh­hez olyan készülék is szükséges, amely állandóan követi a Napot és így megközelítőleg változatlan su­gárzási intenzitást biztosít. E be­rendezések hátránya, hogy nap­sütést és tiszta égboltot igényel­nek, a szórt sugárzást pedig nem hasznosíthatják. A termelt hőener­gia szerint két csoportba oszt­hatók. Az első csoportba azok a be­rendezések tartoznak, amelyek a hőenergiát kohászati célokra használják fel. Az eddigi ilyen fel­adatot ellátó legnagyobb objektum a Francia Odeillában felépített 1000­ kW-os napkemence. Az ob­jektum három fő részből áll: a hid­raulikus vezérlésű napkövető sík­­tükörből, parabolid főtükörből, amely a sugarakat a síktükörtől kapja, valamint a fókuszpontból, a tulajdonképpeni kemencéből. A kemecével 1000-3800 ° C között lehet üzemelni és főleg drága ér­cek kezelésére használják. A második csoportba tartozó fókuszáló berendezések által ter­melt hőenergiát villamos energia előállítására használják. Ilyen el­ven működik a taskenti napenergi­­ás gőzerőmű. A beépítésre került tükörfelülete 20 000 m 2. A napka­zánból 380 ° C-os gőzt nyernek,­ amelyből hagyományos 1000 kW- os gőzturbina alkalmazásával vil­lamos áramot állítanak elő. A nem fókuszáló berendezések vagy napkollektorok egyaránt hasznosítják a közvetlen és szórt sugárzást is. Magas hőmérséklet nem érhető el velük, de nem korlá­tozottak abban, hogy csak napsü­téses időben üzemeljenek. A napkollektor tulajdonképpen egy magas abszorbciós tényező­vel rendelkező sugárgyűjtő lemez, amely lehet fém vagy műanyag. A lemez hátulról szigetelt, míg elölről egy vagy két réteg üveggel van leborítva. Az abszorbáló felü­let és az üvegborítás között külön­álló csőrendszer helyezkedik el, amely a hőfelvevő közeg (általá­ban víz) áramoltatására szolgál. Ez a rendszer az ismert „üvegház effektus" alapján működik, vagyis a napsugárzást beengedi, míg a felület kisugárzását megakadá­lyozza. A napkollektorokat főleg lakóházak energiaigényeinek ki­segítésére, valamint idényjellegű meleg víz termelésére használják (pl. uszodákban, üdülőkben). A napsütésben gazdag területe­ken terjedtek el: Üzbegisztánban, Kaliforniában, a Földközi-tenger partjainál stb. Műszakilag magasabbrendű, szélesebb körben alkalmazható, de jóval drágább megoldás, ha a meleg vizet nem közvetlenül, hanem más berendezések közbe­iktatásával hasznosítják. Így a napkollektorok egyaránt szolgál­hatnak fűtésre és hűtésre, ezért a melegebb éghajlatú országok­ban helyenként légkondicionáló berendezések működtetésére is igénybe veszik. A jelenlegi kutatások ezen a te­rületen a Nap hőenergiájának hosszabb időn át történő tárolásá­ra összpontosulnak. Oly módon, hogy valamilyen nagy hőkapacitá­sú anyagot (pl. vizet) nyáron fel­melegítenek, és hőjét majd télen felhasználják, képtelenség. Ezért a kutatók olyan anyagot keresnek, amely energiafelvétel által át tud alakulni nagyobb energiatartalmú, de stabil formába. Amikor aztán hőre van szükség, megfelelő kata­lizátort alkalmazva lejátszódik egy olyan reakció, amely folytán a tá­rolt hő felszabadul. A szakembe­rek eddig egy tucatnyi olyan anya­got fedeztek fel, amellyel a nap­energia tárolása megvalósítható, azonban bizonyosnak látszik - az energiahordozók mai árát figye­lembe véve -, hogy ez a módszer még nem versenyképes. A VILLAMOS ENERGIA ELŐÁLLÍTÁSA Napsugárzással közvetlenül vil­lamos energia is előállítható. A su­gárzás átalakítására különböző félvezetők p-n átmenetei alkal­mazhatók. Legismertebbek a szilí­ciumból készült napelemek, ame­lyek átalakítási hatásfoka 15 szá­zalékos. Hátrányuk, hogy gyártá­suk rendkívül költséges. A kadmi­­umszulfid anyagú napelemek is ismeretesek. Ezek hatásfoka csak 5 százalék, ellenben előállítási költségük kisebb, mint a szilícium­­elemeké. Napjainkban a napelemek al­kalmazásának legismertebb pél­dája az űrkutatás, amelyben az űrhajók villamosenergia-igényeit szilícium napelemekkel elégítik ki. Úgy tíz évvel ezelőtt Peter Cla­­ser, cseh származású amerikai mérnök, a napenergia hasznosítá­sára akkor még fantasztikusnak tűnő tervet dolgozott ki. Olyan nap­erőmű létrehozását javasolta, amely a világűrben villamos áram­má alakítaná a Nap sugárzó ener­giáját földi felhasználás céljaira. Tervét akkor még a szakemberek mosolyogva fogadták, de azóta a világ sokat változott. Nemcsak az űrhajózás rohamos fejlődése, hanem az energiaválság is moz­gatta a szakemberek képzeletét. A merész ötlet kutatás témája lett. Az eddigi elképzelések szerint a naperőmű-műhold szinkronban keringne a Föld körül. Látszólag úgy, mintha mindig ugyanazon pont felett állna. Felületét napele­mek borítanák. Az általuk nyert energiát mikrohullámú energiává alakítanák és továbbítanák a földi állomásra, ahol hatalmas anten­narendszerek fognák fel. A mikro­hullámok villamos energiává ala­kítva kerülnének a fogyasztókhoz. A naperőmű-műhold munkáját nem zavarná az időjárás, sem a nappalok és éjszakák változása, s így kb. tízszer több napsugárzás érné egy nap alatt, mint „jó idő­ben“ a Földön elhelyezett hasonló nagyságú naptelepet. Már azt is megvizsgálták, hogy a vezeték nélküli energiaszállítás nem káro­­sítja-e a környezetet, nem melegí­ti-e fel a légkört, és aránylag ked­vező eredményre jutottak. Ami a naperőmű-műhold villamos ka­pacitását illeti, 10 000­ MW-os egységekről beszélnek. Ez figye­lemre méltó teljesítmény, ha összehasonlítjuk a jelenleg üze­melő legnagyobb energetikai atomreaktorok 1000 MW-os telje­sítményével. Persze, a terveknek vannak sebezhető pontjai, pl. a költségek, amelyek hatalmas anyagi erők összpontosítását igénylik, ami csak nemzetközi összefogással valósítható meg. Ennek ellenére amerikai szakem­berek a nyolcvanas évek végén 2-10­ MW-os naperőmű Föld kö­rüli pályára juttatását tervezik. HAZAI LEHETŐSÉGEK A hazai napsugárzási adatok arra engednek következtetni, hogy a napenergia adta lehetőségeket nálunk is érdemes kiaknázni és feltárni. Az 1980. július 10-i 247. számú kormányhatározat az üzemanyag és energia felhasználására, vala­mint a fogyasztás racionalizására állami célprogramot hagyott jóvá. Ennek keretén belül hazai nap­energiakutatási tervet is kidolgoz­tak. A terv az első stádiumban olyan napkollektorok kifejlesztését és tökéletesítését irányozza elő, amelyek alkalmasak lehetnek la­kóházak, üdülők, egészségügyi objektumok, mezőgazdasági te­lephelyek használati meleg vizé­nek előállítására. A második stádiumban fűtési célú meleg víz előállítására szol­gáló napkollektorok kifejlesztése szükséges. Ez a terv komoly feladatokat ró azokra az intézményekre, ame­lyek nálunk napkollektorok fejlesz­tésével és gyártásával foglalkoz­nak (ÖKD Dukla, OPS Kroméríz stb.). Eddigi munkájuk eredmé­nyességét bizonyítja, hogy a kí­sérleti jelleggel működő SP 79/4 és SP 80/08 kollektortípusok a Pragoterm nemzetközi kiállítá­son „Grand Prix" aranyérmet nyertek. Sorozatgyártásuk a közel­jövőben elkezdődik. A napenergiát villamos energiá­vá alakító napelemek kutatásával több hazai kutatóintézet foglalko­zik. A kutatások célja olcsón előál­lítható struktúrák kifejlesztése. Befejezésül elmondható, hogy a hagyományos energiaszolgálta­tás mellett a napsugárzásból nyert energiának napjainkban csupán kiegészítő szerepe lehet. A lehe­tőségek kihasználása azonban más energiahordozókkal való ta­karékosságot szolgálhat. KOVÁCS ZOLTÁN A Prágai Tesla Konszern vállalat vákuumelektronikai kutatóintézeté­ben nagy frekvenciájú elektrongyorsítót fejlesztettek ki. Az elektron­gyorsítók használata rendkívül előnyös a népgazdaság számára, mivel anyag- és energiamegtakarítást eredményez. Az ipar legkü­lönbözőbb területein - így pl. a textiliparban, a bútorgyártásban, az élelmiszeriparban stb. —­ alkalmazható. A felvételen Ladislav Lunák (balról) és Rudolf Cerny mérnök a kísérletet készíti elő (Felvétel: DTK - Jan Brabec) VEZETŐ ÉS SZIGETELŐ GRAFIT - KÍVÁNSÁG SZERINT A grafit különleges réteges szerkezete hatással van annak villamos tulajdonságaira is. A grafitrétegek síkjával párhuzamo­san a töltéshordozó elektronok könnyen mozognak, miért is ebben az irányban a villamos ellenállás viszonylag csekély. A rétegekre merőlegesen azonban a grafit csaknem úgy viselke­dik, mint egy szigetelő: az ellenállás legalább 2500-szor nagyobb, mint a rétegek síkjával párhuzamosan. Atomok és molekulák beépítésével a grafit villamos és optikai tulajdonságai olykor számottevően megváltoznak. Például az áramvezető képesség a rétegsíkban a szokványos grafiténak a hússzorosára-harmincszorosára nőhet. Rá merőlegesen a vál­tozások gyakran még nagyobbak. A változás nagysága főképp a felhasznált anyagtól függ. Aszerint, hogy az adalékanyag a grafitnak elektronokat ad-e (donátor), vagy tőle elektronokat vesz föl (akceptor), két anyagcsoportot különböztetünk meg. Az elsőhöz a fématomok tartoznak. A másodikhoz például a halogé­nek molekulái. Eddig a leglátványosabb eredményt arzén-pentafluoriddal és antimon pentefluoriddal érték el. E grafitok a rétegsíkban több mint hússzor olyan jó áramvezetők, mint a grafit, s így e képességük vetekszik a rézével vagy az ezüstével. Ellenben a rétegre merőlegesen a vezetőképesség amazénak mindössze az egy ötvenede. A kétféle irányban a vezetőképesség úgy viszonyul egymáshoz, mint egy az egymillióhoz. Ma még nem látható előre, hogy az ilyen grafitok átvehetik-e a gyakorlatban a ma alkalmazott áramvezetők szerepét, avagy - legalábbis egyelőre - „csak“ a tudományos ismereteket gyarapító laboratóriumi termékek maradhatnak-e. (Nauka i Zsizny) EGYKORON: PÁLMÁK A DÉLI-SARKON A nemrég befejeződött szovjet antarktiszi expedíció kutatói megállapították, hogy több mint 80 millió évvel ezelőtt (tehát a kréta időszakban) még pálmák virultak a mai Déli-sark vidékén. A talajminták elemzé­séből az akkori idők tenger­áramlásaira is következetettek. A kutatók megállapították, hogy 80 millió évvel ezelőtt az Antarktisz körüli tenger vizé­nek hőfoka 28 Celsius-fokig emelkedett. (Die Presse) MŰTRÁGYA FÜSTGÁZOKBÓL A szén elégetésekor fejlődő füstgázokat csak jelentős műszaki-gazdasági ráfordítással lehet megtisztítani a környezetet károsító ártalmas anyagoktól. Chicagói vegyészmérnökök új eljárásával olcsón és hatékonyan eltávolíthatják a füstgázokból, majd a műtrágyagyártásban hasznosíthatják a kéndioxidot. Az új eljárás „szíve" a heterogén reaktor, amelyben először vízzel és kalciumfoszfáttal megkötik a kéndioxidot. Ezután kalciummal leválasztják a foszfort, amelyet ammóniával és az elégetési folyamatból visszamaradó hamuval műtrágyává egyesítenek. (D) LÉZER-ÁRAMLÁSMÉRŐ A Lett Tudományos Akadé­mia elektronikai intézetében ki­fejlesztett lézerrendszer má­sodpercenként 50 ezer mérést végezhet a folyadékok vagy gázok áramlási sebességének meghatározására a folyadék­vagy gázáram bármely adott pontján. Az új műszert a leve­gő- és tengeráramlások tanul­mányozására, szélcsatorna­kísérletekben, továbbá a plaz­mafolyamatok tanulmányozá­sára használhatják. (D) LUMINESZKÁLÓ KRISTÁLYOK A Lett Állami Egyetem fizikusai termokémiai úton olyan gránát- és korundkristályokat hoztak létre, amelyek lumineszkálnak. A lumineszkálás röntgen-, ultraibolya-, elektron- vagy gamma­sugaraknak a hatására következik be. E kristályokból, amelyek az abszorbeált energiát közvetlenül látható sugárzássá alakítják át, különféle alakú idomok (csövek, rudak, lemezek) formálhatók. Ezek az optoelektronika, a tévé­technika, a lézertechnika és a technika egyéb területein alkalmaz­hatók. A kutatók remélik, hogy ezeknek az új elemeknek a fel­­használásával még élesebb és kontrasztosabb képet adó tévé­képcsöveket gyárthatnak majd. (Pravda) 1981. XII. 6. N m *

Next