A Föld Napja alkalmából szeretnénk egy érdekes kutatásról beszámolni, melynek vezetője Dr. Bakos Andreász Ferenc. Megtudhatjuk, hogyan lehet a Nap energiáját a Földben eltárolni és azt télen akár egy egész falu fűtésére felhasználni.
„Cikkünkben egy lehetséges példát mutatunk be, hogyan oldható meg a fűtés egészében fosszilis energia nélkül a Nap energiája segítségével. A leginkább környezetbarát megoldást keressük. Mivel azonban a hőt tárolnunk kell, bizony mindenképpen nagy, de ezért egyben igen hosszú távra tervezett beruházásra van szükség.
Meglátjuk azonban, hogy egy egészen egyszerű technológiával is példát alkothatunk arra, hogy már teljesen regenerálódó illetve regenerálható forrásokat használó fűtést alakítsunk ki.
A legfontosabb célunk tehát, hogy a beruházás (ma már minden beruházást így kellene lefolytatni) ne csak gazdaságilag térüljön meg, hanem annak köszönhetően lényegesen kevesebb szennyezés, és nulla nem regenerálódó erőforrás használatára legyen szükség, beleértve az összes közvetett gazdasági tevékenységet, az ún. externáliákat is.
Gondolkodásunk alapja tehát az volt, hogy ne használjunk semmilyen anyagot, ami komolyabban szennyez, és – mivel nagy léptékű beruházásról van szó – igen hosszú élettartamra tervezzünk. Fontosnak tartjuk, hogy amit alkotunk, az egyben szemünk és lelkünk számára megnyugtató, tehát otthonos, természetes legyen.
Minden anyag használható a hő tárolására, természetesen fizikai és kémiai tulajdonságaik függvényében, azonban ha fűtésre használható számottevő hőt szeretnénk tárolni, akkor még a magas fajhőjű anyagok (mint amilyen a víz) esetén is nagy térfogatra, és így rengeteg szigetelő anyagra van szükség. Szerencsére az anyagok szokásos hőtárolási képességét igen jelentősen meghaladó hőmennyiség tárolására is lehetőség van, ha a rendszerben egészében reverzibilis fázisátalakulási, adszorpciós vagy kémiai átalakulások kontrolláltan végrehajthatók. A teljes reverzibilitás és az esetleges elszivárgás miatti súlyos szennyezések kizárása azonban olyan szigorú követelményeket állít fel, hogy ezen anyagok lakossági szintű elterjesztése igen nehéznek tűnik. Közülük még a zeolitok felelhetnek meg leginkább a szükséges követelményeknek, de velük is fennállhat két probléma. Az egyik, hogy vajon legalább 100-150 ciklust tekintve (mert minimum ennyi lenne ezen hőtárolók építmény-élettartama) a víz ad- és deszorpciója teljes reverzibilitású-e az ezzel járó akár 2-300 fokos évi hőingással? Emellett tudni kell, hogy a zeolit-vagyon véges, és háztartásonként még ezen anyagból is több tonnára lenne szükség. Ezért, noha alkalmazásuk nagyobb megmozgatandó térfogatot és több szigetelőanyagot igényel, a legegyszerűbb anyagokban érdemes gondolkodni. Ha van elég szigetelőanyagunk, akkor már csak műanyagmentes építési törmeléket kell szereznünk, és ezzel annak újrahasznosítását is megoldottuk. Ha nincs, akkor a helyi altalaj vagy alapkőzet is felhasználható, azonban – tekintettel, hogy a jövőben valószínűleg igen sok keletkezik majd belőle – érdemes összevárni mindig az adott mennyiségű építési törmeléket.
A szigetelésnél gondolni kell arra, hogy egy nagy teherbírású alapra illetve vázra van szükség. Ennek anyagánál ez az első, a viszonylag jó hőszigetelő képesség pedig a második legfontosabb tényező, amire oda kell figyelni. Szigetelőanyagként szintén jó, ha alaktartó, és a nagy hő miatt feltétlenül ásványi alapút használunk. Az ezen anyagokból felépülő leszigetelt hőtárolóból akár vízkeringetéssel – akár egy kazánból – könnyen kinyerhetjük a hőt.
Hogyan jut azonban a hő oda be? Erre több kézenfekvő megoldás létezik. Az egyik a napelemekkel működtetett egyszerű fűtőszál, a másik, a különleges anyagokat nem igénylő, és magasabb hatékonysága miatt kisebb területen elhelyezhető napkövető parabolák által fókuszált fénnyel felmelegített olaj keringetése.
Tekintve, hogy az ipar rengeteg napelemet fog a jövőben gyártani és azokat is újra kell tudni szennyezés-mentesen hasznosítani, a parabolák is versenyképessé válhatnak, hiszen rozsdamentes anyaguk polírozható és tartós, és az egyneműség miatt tisztán újra is hasznosítható. A rendszerben az egyetlen toxikus anyag, amire e technikában szükség van, a hőálló olaj, melynek elszivárgását duplafalú keringtetés esetén teljesen kiküszöbölhetjük, hulladéka pedig bitumenné alakítható.
Az alkalmazott anyagokat tekintve nem feledkezhetünk meg a beépített szenzorok, illetve hőfokszabályzó berendezések esetlegesen toxikus anyagairól. Ezek azonban ma már minden elektronikusan szabályozható rendszer alapeszközei, így ezek fenntarthatóvá tételét ezen iparág szintjén szükséges megoldani. Az azonban, hogy maga az épület, egy esetleges tetőfóliát és alapszigetelést leszámítva egészében természetes, illetve ásványi anyagból készül, hatalmas környezeti előny.
Az itt felvázolt rendszert ideálisan 10-500 lakóház hőigényének kielégítésére érdemes tervezni. Ez éppen egy szeres település, tanyacsoport, vagy egy falu fűtését oldhatja meg. A kb. 500 ház hőigényén túli méret már valószínűleg területileg is nehezen megoldható és túl nagy építkezést igényel; a hosszabb távvezetékeken is már sok hő elveszik. Minden családi ház mellé egy-egy fűtőépület felhúzása pedig még hosszú élettartam esetén is túlzás és nem is gazdaságos. Ha azonban települési léptékben gondolkodunk és jól választjuk meg a méretét, akkor előny, hogy az épületek fokozatosan javuló szigetelése következtében jut tér új épületek építésére, így az adott településnek maradnak könnyen megvalósítható növekedési tartalékai.
Végezetül megemlítendő, hogy a hőtárolási rendszer eddig is megfontolás alatt álló alternatívája a hidrogén-tárolás. Azonban gondoljunk arra, hogy a hidrogén biztonságos elektrolízise, tárolása és elégetése mennyi veszélyt rejt magában. Figyeljünk oda a naszcensz gázok reaktivitására, az elektrolízis hatásfokára, a gázok elkülönülten történő nyomás alá helyezésének energiaigényére is. Az elektrolízis maga termel-e toxikus oldatot, és mi annak az ártalmatlanítási lehetősége? Sok kérdés felvetődik, azonban érdemes ezen technológiát is szemügyre venni. Veszélytelenné válása után célzottan a lakossági áramfogyasztás ingadozásainak pufferolásához vélhetően előnyös lesz alkalmazni, különös tekintettel arra, hogy a közlekedés is egyre nagyobb mértékben elektromossá válik. Hogy az ismertetett hidrogén-technológiai rendszer és az elektromos járműipar se legyen ökológiailag nagyon terhelő, és társadalmilag is a jól kezelhető mértéken belül maradjanak, nagyon javasolt, hogy az ország összesített utas- és áru-kilométereinek csökkentését is fokozatosan ösztönözzék.
Visszatérve témánkhoz, elmondhatjuk, hogy veszélytelen, illetve „technológia-kímélő”, azaz a technológiát mértékkel használó megoldásnak még egyelőre csak a jelen cikkben felvázolt hőtárolós rendszer látszik, melyre hozzávetőleges számításokat is végeztem. Kiderült, hogy a kívánt cél, ha nagyobb építkezés eredményeként is, de immár élettartam-hosszan megvalósítható. A vizsgált, 2-2,5 m-es szigeteléssel együtt 27 m-es átmérőjű épület már évi 1740 GJ energiával is szolgálhat, ami kb 40 a 2022-ben életbe lépő szabványnak éppen megfelelő 120 nm-es családi ház teljes éves hőigényének felel meg. Annak fényében, hogy ez már a hulladékkezelést tekintve is gondosan tervezett, és szinte egészében körkörösíthető technika, úgy gondoljuk, hogy kellő átgondolás, és sikeres tesztelést követően érdemes lenne központi támogatásra.”
A cikk szerzője: Dr. Bakos Andreász Ferenc
