Megújuló üzemanyagokat tesztel repülőgépek számára a kutatócsoport

A Combustion Research Group tagjai jelentős kutatásokat végeznek a károsanyagok kibocsátásának csökkentésével kapcsolatban. Az Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszéken működő kutatócsoport két tagjával, Józsa Viktorral és Hidegh Gyöngyvérrel beszélgettünk.
Magyarul mit jelent a „combustion”? Számos fordítást találtam: égés, tüzelés, tüzeléstechnika… 
Józsa Viktor: A Combustion, mint kifejezés sok területet lefed – valójában a tüzeléselmélettől kezdve a számítógépes szimulációkon keresztül a tüzeléstechnikáig terjed. Minden olyan tüzeléssel foglalkozó terület ide tartozik, ami alapvetően a tűznek az emberi felhasználásával kapcsolatos. Adott esetben még a főzés is beleértendő, bár mi a gáztűzhely helyett elsősorban az erőművi, ipari felhasználáshoz kapcsolódó kutatási irányokkal foglalkozunk.
Mi vitte az érdeklődéseiket ebbe az irányba?
Hidegh Gyöngyvér: 2015 tavaszán kezdtem el ezzel foglalkozni. A téma gyakorlatiassága fogott meg leginkább. Láttam, hogy Viktor és egy másik kolléga, Kun-Balog Attila milyen lelkesedéssel foglalkozik a kutatással, és hogy mennyi kérdés és kihívás van a területen.

Józsa Viktor: Kiskoromban pilóta szerettem volna lenni. Az autók kevéssé érdekeltek, de a sugárhajtású repülők annál inkább. Sugárhajtóművekkel és gázturbinákkal akartam foglalkozni, így kerültem végül a Gépészmérnöki Karra. Először a mechanika és az áramlástan felé vettem az irányt, mert a hőerőgépész specializációra én voltam az egyedüli jelentkező. 2010-ben kezdtem el tudományos diákkonferencián előadni Sztankó Krisztián témavezetésével, utána jött a kérdés, hogyan lehetne alternatív tüzelőanyagokat hasznosítani egy gázturbinában. (Az alábbi videón dízelolaj tüzelése látható, a térfogati égés során a kék helyett kicsivel lilásabb árnyalatú a biodízel lángja – az elenyésző színbeli különbség viszont azt jelenti, hogy a két tüzelőanyag helyettesíteni tudja egymást.)
Ennek háttere, hogyha gyenge minőségű tüzelőanyagot juttatunk a gázturbinába, például nyers napraforgóolajat, ami bár eltüzelhető, mások az égőtérben játszódó folyamatok. Ezért, hogy ne károsítsuk rögtön a berendezést, kivettünk egy égőt, és azon néztük meg a működést. Ha itt stabil égést tudunk fenntartani, és a füstgáz összetételével is elégedettek vagyunk, akkor valószínűleg a gázturbinában is jó üzemvitellel számolhatunk.
Ma tisztán elektromos alapon viszont egy interkontinentális repülőjáratot meghajtani még nem lehetséges, így még hosszú ideig megkérdőjelezhetetlen a szénhidrogének vezető szerepe. Szándékosan nem fosszilis energiahordozót mondtam, hiszen a tüzelőanyag eredete majdnemhogy irreleváns a tűztér magas hőmérséklete miatt. Tehát olajokból, hulladékokból is elő tudjuk állítani ezeket az energiahordozókat, csak a jelenlegi technológiák mellett a fosszilis tüzelőanyag jóval olcsóbb.
Milyen felfedezéseik voltak? Hogyan hasznosíthatók a kutatásaik?

JV: A spektrofotometriai elemzés, - amelybe Gyöngyvér is bekapcsolódott – elég népszerű, ráadásul cikkeinkre jelentős mennyiségű idézés érkezik. A spektrofotométer a láng színképét vizsgálja, ebből lehet következtetni az égés károsanyag-kibocsátására. Ez optikai mérés, amely gyakorlatilag fénysebességgel szolgáltat információt, míg a füstgázelemző műszereknek többtíz másodpercre van szükségük a megváltozott körülmények kimutatásához.
 A lángemissziós vizsgálatok is nagyon hasznosak. Ma mindenki a saját tüzelőberendezését a legkisebb károsanyagkibocsátású üzemállapot felé szeretné terelni. Viszont gyakran változik a terhelés is, nemcsak az erőművi berendezésekben, így a dinamikus üzemvitel olyan eszközöket igényel, amivel valós időben lehet szabályozni a tüzelést.
Úgynevezett lángakusztikai vizsgálatokat pedig a spektrofotometriai mérésekhez hasonló céllal alkalmazzuk, itt az információ a nyomáshullámok segítségével, hangsebességgel terjed. A vizsgálatnál mikrofont is használunk, és mivel elegendő, hogy a membránt érik el a nyomáshullámok, így a mikrofont árnyékolt helyen is elhelyezhetjük, nem szükséges az optikai rálátás, mint a fenti esetben.
Azonban mára jelentősen megváltoztak az üzemeltetési igények.  Repülőgépeknél a minimális üzemanyagfogyasztás megkívánja az aktív szabályzást, valamint az egyre több napelemes és szélturbinás erőmű miatt a hőerőművek termelésigénye is számottevően ingadozik. Az online szabályozhatóság emiatt versenyelőnyt jelent, így a kapcsolódó kutatási eredmények kifejezetten hasznosak az ipar számára.
A lángakusztikai vizsgálattal kapcsolatban pedig készült egy találmányi bejelentésünk, amely Magyarországon védett állapotba került. Amivel most foglalkozunk, az a hőmérsékletszabályozott tüzelési mód. Ez egy általunk frissen felfedezett eljárás, mely tovább képes csökkenteni a tüzelőberendezések károsanyag-kibocsátását, a jelenlegi határértékeket messze alulmúlva.
Nemzetközileg nemrég kezdetek el foglalkozni az ammónia tüzelésével. Bár mérgező anyag, jó tulajdonságai, hogy szénmentes és kénmentes, azaz az égésekor nitrogéngáz és vízgőz keletkezik, amelyek összességében igen környezetkímélők. Ezt jelenleg nem tudjuk a jelenlegi berendezésünkben eltüzelni, de tervbe vettük, hogy ilyen irányba is elindulunk a közeljövőben.
Szolnokról is jött egy megkeresés, hogy vizsgáljunk meg különböző megújuló-származékokat a magyar katonai repülőgépek fosszilis üzemanyagának helyettesítése céljából. A gépek megóvása érdekében természetesen itt is az egyszerű laborvizsgálatokból indulunk ki, az éles alkalmazásig még néhány évre szükség lehet.
A nemzetközi tudományos közösségben is elég jól hivatkozott, lassan már beágyazott munkát végzünk. Az egyik kutatási projektben, a sanghaji Jiao Tong University-vel, a világ 83. legjobb egyetemével együttműködésben biodízelek tüzeléses vizsgálatát végezzük, a repülőgépes alkalmazást előtérbe helyezve.
A brnói műszaki egyetemmel is fut egy közös projektünk a folyadékok porlasztása kapcsán. A jelenséggel a tüzeléstechnikán túl többek közt a metallurgiában is találkozunk, ahol a porkohászati alapanyagokat (fémporokat) is így állítják elő. A gyógyászati alkalmazása is jelentős (hatóanyagok készítése és gyógyszerek adagolása), valamint a festékszórókban is alkalmazzák. Ebben a kutatásban az elméleti oldal felől próbáljuk megközelíteni a gyakorlati alkalmazásokat.
Mik a további terveik?
HGY: További tüzelőanyagokkal kísérletezünk, illetve a diagnosztikai módszereket színesítjük. További kiértékelési módszereket is szeretnénk találni, és azokat hasznosítani.
JV: Tervezünk egy Lendület-kutatópályázatot beadni a kutatócsoporttal most tavasszal. Nyolcan foglalkozunk ezzel a tanszéken. Bár én vagyok a vezetője, de nincs alá-fölérendeltség, a vezetői szerepem leginkább az adminisztrációban nyilvánul meg, a többiek szinte kizárólag a műszaki feladatok megoldásában vesznek részt.
A tüzelőberendezésnek csak laborcéljai vannak, vagy más célokra, például fűtésre felhasználható?
HGY: Jogilag nem egyszerű egy kísérleti eszközt rákötni egy stabilitást igénylő közműhálózatra, ráadásul egy héten nagyjából két órán keresztül járatjuk – emiatt csak laborcélra használjuk.


A kutatócsoport vezetőjével, Józsa Viktorral már korábban is készítettünk interjút, itt olvasható.
Fotók: energia.bme.hu, LinkedIn
Videó: ViktorJózsa, Gyöngyvér Hidegh, Attila Kun-Balog, Jo-Han Ng, Cheng TungChong (2020) Ultra-low emission combustion of diesel-coconut biodiesel fuels by a mixture temperature-controlled combustion mode. Energy Conversion and Management. Volume 214. 15 June 2020. 9p. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.112908 



Megjegyzések

Megjegyzés küldése

Népszerű bejegyzések