Tudom, tudom, ez még nem a ’28-as Los Angeles-i olimpia, de az ORSZÁGOS TUDOMÁNYOS ÉS INNOVÁCIÓS OLIMPIA sem kispályás sport (agytorna).
Az egész ott kezdődött, hogy a tavalyi tanévben ellátogattunk a Selye pályázat keretei között a ZalaZone tesztpályára, ahol bemutatták a InnoTech cég munkatársai a konténeres energetikai mintarendszert és mikróhálózatot, amely a helyben megtermelt nap- és szélenergiát használja fel zöld hidrogén előállítására és tárolására. Ez annyira megtetszett, hogy szeptemberben újra visszatértünk hozzájuk, majd tovább ötletelve kidolgoztuk a magunk kis projektjét (összefoglalóját a mellékletben olvashatják). Jelentkeztünk a versenyre, posztert készítettünk, és november 11-én a 11. évfolyamos Horváth Letíciával és Nemes Nikolettel, valamint a Nádasdy Iskolából Németh Csengével vonatra szálltunk, és elindultunk Győrbe, a Mobilis Interaktív Élményközpontba, az OTIO előválogatójára.
Ott kifüggesztettük a poszterünket (mellékletben megtekinthető), kiraktuk az etil-alkohol tüzelőanyag-cella és sósvízelem modelljeinket, és vártuk a zsűri tagjait, akik rövidesen meg is érkeztek. Udvariasan, de határozottan érdeklődtek az ötletünk elemei iránt. Sárvár város alpolgármesterét is tanító egyetemi professzor zsűritag például azt kérdezte, hogy vajon a 85 Celsius fokos hőmérsékletű termálvíz szolgáltat-e számottevő energiát, amiből áram termelhető. Megnyugtattuk, hogy jelenleg nem, de ha nem lesz hozzáférhető fosszilis energia, akkor nem sok választásunk marad, csak a sósvízelem. Hévíz van, magnéziumanód akad (mégse lítium…), így áram termelődik. Tiszta sor. Sajna, a menyasszony nem olyan szép, mint amilyennek festik, mert a sós víz erős korróziója „eszi” a magnéziumot.
Közben mi is körbenéztünk a standok között: részint középiskolások álltak ki az ötleteikkel (karbonszálból 3D nyomtatott, andurino kártya vezérelte mesterséges „üvegház” a növényeknek a marsmisszióhoz, digitális agymodell, intelligens talajgazdálkodás), részint az Szent István Egyetem hallgatói (virtuális baleseti helyszín, mikroműhold fejlesztés, elektromos autófejlesztés). „Felnőtt” kategóriában bemutatkozott a Mobilis munkatársa, Molnár Milán is, aki virtuális planetáriumával kápráztatott el bennünk. Nagyon látványos és jól használható égképeket láthattunk fejlesztőkeretében.
Az eredményt még nem ismerjük, de ha nem is válogattak be bennünk a második (budapesti fordulóba), elmondhatjuk: megérte Győrbe elmenni a megmérettetésre, mert rendkívüli innovációkkal ismerkedhettünk meg. Szép mulatság, női munka volt!
Takács Attila |
Kutatási összefoglaló
Bevezetés
Városunk és környéke sokféle megújuló energiaforrással rendelkezik. Ikerváron és Nicken vízierőművek működnek, Ikervár és Sótony határában napelemfarmok találhatók, Megyehíd, Ikervár és Csénye határában pedig szélerőműpark működik. Emellett a Sárvár és Bük közötti térség jelentős geotermikus energiakészlettel is rendelkezik. Ezek a példák jól mutatják, hogy a környékünkön többféle megújuló energiaforrás is rendelkezésre áll. A legnagyobb problémát azonban az jelenti, hogy nem mindig akkor és annyi energiát termelünk, amikor és amennyire szükségünk van. Ezért fontos, hogy a megtermelt energiát valamilyen módon tárolni tudjuk, és később is felhasználhassuk.
Célkitűzés
Projektünk célja, hogy mentoraink segítségével megismerjük a már létező energiatárolási módszereket, és ezeket különböző modellek segítségével bemutassuk. Szeretnénk megvizsgálni, hogyan lehetne a környékünkön rendelkezésre álló megújuló energiaforrásokat még hatékonyabban kihasználni. Úgy gondoljuk, hogy ezek a módszerek kezdetben kísérleti jelleggel terjedhetnek el, később azonban, ahogy nő az energiaigény és egyre nehezebbé válik a fosszilis energiahordozók használata, egyre nagyobb szerepet kaphatnak. Mindez hozzájárulhat ahhoz, hogy az elektromos hálózat kiegyensúlyozottabban működjön.
Projekt leírása, kifejtése
Projektünk során különböző megújuló energiaforrásokat és energiatárolási módszereket vizsgálunk meg, modelleket készítünk, és lehetséges megoldásokat keresünk a felmerülő problémákra. Ennek érdekében többféle tevékenységet tervezünk:
Meglátogattuk a ZalaZONE InnoTech nap- és szélenergia-hasznosító konténerét, ahol közelebbről is megismerhettük a működését.
Kapcsolatba léptünk az oldenburgi és az admonti középiskolákkal, hogy tapasztalatokat cserélhessünk, és megismerjük az ottani diákok és tanárok ötleteit.
Gimnáziumunk biolaboratóriumában méréseket végzünk, amelyekkel egyes elképzeléseinket kísérleti úton is megvizsgálhatjuk.
Gazdaságossági számításokat készítünk, majd az eredményeinket megosztjuk az ipari szereplőkkel és a döntéshozókkal, hogy felhívjuk a figyelmet a lehetséges megoldásokra.
A projekt újdonságtartalma, innovációs elemei
A projekt egyik legfontosabb újdonsága, hogy már jelenleg is beszerezhető eszközöket és technológiákat próbálunk egy új rendszerbe összekapcsolni. Ezzel egy lépéssel közelebb kerülhetünk ahhoz, hogy ezek a megoldások később nagyobb, akár ipari méretben is alkalmazhatók legyenek.
Napjainkban az energiatárolás jelentős részben lítiumion-akkumulátorokra épül, amelyek előállítása költséges lehet, és amelyek esetében erősen függünk a gyártóktól és a nyersanyagok elérhetőségétől. Ezért érdemes más lehetőségeket is megvizsgálni. Az általunk bemutatott módszerek hozzájárulhatnak ahhoz, hogy a jövőben olcsóbban és többféle módon tudjuk tárolni a megújuló energiából származó áramot. Az innovációt elsősorban nem egy teljesen új technológia feltalálása jelenti, hanem a már létező megoldások újszerű összekapcsolása és hatékonyabb felhasználása.
Hasznosíthatóság
1.) „Zöld” hidrogén hasznosítása
Zöld hidrogénnek azt a hidrogént nevezzük, amelyet megújuló energiaforrásból származó elektromos áram segítségével, elektrolízissel állítunk elő. Az így előállított hidrogént megfelelő tartályokban tárolhatjuk, majd többféleképpen is felhasználhatjuk.
a) A hidrogént földgázzal keverve bizonyos feltételek mellett a gázhálózatban vagy megfelelő föld alatti tárolókban lehet tárolni. Kimerült földgázmezők is szóba jöhetnek erre a célra, de ehhez meg kell vizsgálni, hogy az adott tároló alkalmas-e a hidrogén biztonságos befogadására. A később kinyert gázt fűtésre vagy megfelelő gázmotorokban elektromos energia előállítására lehet használni.
b) A hidrogént tüzelőanyag-cellában is felhasználhatjuk, amely a hidrogén és az oxigén reakciójával közvetlenül elektromos energiát termel. Ez különösen akkor lehet hasznos, amikor éppen kevés áramot termelnek a megújuló energiaforrások.
c) A hidrogént szén-dioxiddal is reakcióba lehet hozni, így megfelelő katalizátor és körülmények alkalmazásával metanolt állíthatunk elő. Ehhez például rézalapú katalizátorokat, magas nyomást és körülbelül 200–300 °C-os hőmérsékletet is alkalmazhatnak. A szükséges szén-dioxid származhat a levegőből vagy ipari forrásokból, például a répcelaki térségben kitermelt szén-dioxidból. A metanol később tüzelőanyagként elégethető, hőtermelésre, illetve megfelelő tüzelőanyag-cellában elektromos energia előállítására is felhasználható. Fontos azonban, hogy a teljes folyamat energiaigényét és hatásfokát is figyelembe vegyük.
2.) Sósvíz energiacella
Egy másik vizsgált lehetőség a magnézium és a sós víz közötti elektrokémiai folyamatokon alapuló áramtermelés. Elképzelésünk szerint a környékünkön található termálvíz és a magnézium felhasználásával vizsgálhatnánk meg, hogyan lehet elektromos energiát előállítani.
Az elképzelés egyik része, hogy a megújuló forrásból származó árammal vizet szivattyúzunk egy megfelelő tárolóba, és ezzel az energiával később valamilyen módon gazdálkodunk. Ha elektromos áramra van szükségünk, egy magnéziumot alkalmazó elektrokémiai cella segítségével próbálhatnánk energiát nyerni. Ehhez azonban fontos megvizsgálni, hogy a magnézium fogyása, az anyagok költsége, a víz összetétele és a rendszer hatásfoka mellett mennyire lenne gazdaságos a módszer. A magnézium ugyanis energiaforrásként is működik a folyamatban, ezért a cella önmagában nem tekinthető az energia veszteségmentes tárolásának.
A térségünkben rendelkezésre álló termálvíz mindenképpen fontos lehetőséget jelent. Nemcsak rekreációs célokra használható, hanem megfelelő hőcserélőkkel fűtésre és melegvíz-szolgáltatásra is alkalmas lehet. Erre jó példa a vasvári geotermikus távfűtési rendszer. Érdemes tehát azt is megvizsgálnunk, hogyan lehetne a termálvíz hőenergiáját a lehető leghatékonyabban hasznosítani.
3.) Gravitációs energiatárolás: 25 emeletes tornyokban tömörített földtömböket húznak a magasba a „zöld” (megújuló) árammal, és ha szükség van a visszapótlásra, újra a földre eresztik – termel a raktározott helyzeti energia.
Projekt hatása
A projekt hozzájárulhat ahhoz, hogy jobban megértsük, hogyan lehet a megújuló energiaforrásokból származó energiát hatékonyabban felhasználni. Amikor például sok áram termelődik, de kisebb az igény, a felesleget eltárolhatjuk vagy más formában hasznosíthatjuk. Amikor pedig kevesebb energia termelődik, vagy megnő a fogyasztás, a korábban eltárolt energia egy részét ismét felhasználhatjuk. Fontos ugyanakkor, hogy az energiatárolás és az energia átalakítása során veszteségek keletkeznek, ezért a különböző módszerek hatásfokát is össze kell hasonlítanunk.
Hosszabb távon az ilyen megoldások hozzájárulhatnak egy kiegyensúlyozottabb energiarendszer kialakításához. Emellett csökkenthetik a fosszilis energiahordozóktól való függőségünket, és változatosabbá tehetik az energiaellátásunkat.
Következtetés
A projekt során arra szeretnénk rámutatni, hogy a környékünkön rendelkezésre álló természeti adottságokban sok lehetőség rejlik. Ahogy a mondás tartja: „Szegény ember vízzel főz.” A mi esetünkben ez azt jelenti, hogy a rendelkezésünkre álló szén-dioxidot, termálvizet és megújuló energiaforrásokat próbáljuk minél jobban kihasználni.
Úgy gondoljuk, hogy nem feltétlenül mindig teljesen új technológiákra van szükség, hanem sokszor a már meglévő megoldások összekapcsolása is új lehetőségeket teremthet. Ha sikerül olyan módszereket találnunk, amelyek műszakilag működőképesek, gazdaságosak és környezetvédelmi szempontból is megfelelőek, akkor ezek a jövőben a gyakorlatban is hasznosíthatók lehetnek. Projektünkkel ehhez szeretnénk hozzájárulni.
Szakirodalom
https://raketa.hu/igy-hordjak-a-fold-ala-a-napfenyt-ausztriaban
https://www.bucavasgyuro.net/data/publikaciok/egyeb/A%20t%C3%BCzel%C5%91anyag-cella.pdf
https://www.hfc-hungary.org/tuzeloanyag-cellak/
https://www.horizoneducational.com/solar-hydrogen-science-kit/p1224
https://autopro.hu/trend/metanollal-terjedhetnek-el-az-uzemanyagcellak/578250
https://www.horizoneducational.com/ethanol-fuel-cell-science-kit/p1223
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775315007764
https://www.horizoneducational.com/salt-water-fuel-cell-science-kit/p1225
