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 *