Az Áram Ára

Mert az sem mindegy, milyen utakon repesztünk majd az elektromos és hibrid autókkal…

Hibrid és elektromos autók, LPG-hasznosítás, bioüzemanyagok: néhány azok közül a kutatási területek közül, amelyekkel a mérnökök a jövő közlekedési eszközeit, hajtásmechanizmusukat elképzelik. A jövő közlekedése kapcsán rengeteg fejlesztés zajlik arra vonatkozóan, hogy különböző energiatakarékos járművek szülessenek, lehetőleg minimális károsanyag-kibocsátás mellett működő motorokkal. Van azonban egy másik kutatási terület, amelyről kevés szó esik a jövő közúti közlekedését érintően. Ez pedig az utakat érintő fejlesztések. Nem meglepő módon, ezek jelentős része ma már az energetika területét is érinti.

Számos európai és tengerentúli kutatás célja kifejleszteni azokat az útelemeket, technológiákat, amelyek révén a közlekedésre épített – ma még jellemzően – aszfaltcsíkok alkalmassá tehetők energiatermelésre. Persze itt nem kell rögtön arra gondolni, hogy ezek révén akarják leradírozni az erőműveket a térképről. Sokkal inkább arról van szó, hogy a közlekedési rendszerek árammal működő elemeit – jelzőlámpák, világítás, biztonsági eszközök – miként lehetne függetleníteni a hálózattól.

Két ígéretes kísérlet ezek közül, amelyekben az úttest vibrációjából, illetve a napenergia megzabolázására képes útfelületek kiépítésének lehetőségét vizsgálják. Mindkettő érdemes arra, hogy „Az agyam eldobom” rovatunkban emlékezzünk meg róluk.

Vibrációból áram

Az elmúlt években egy holland kutatócsoport vizsgálta, miként lehet az utak használatából fakadó vibrációt energiatermelési célra használni. A pilotprojekt során egy vidéki autópálya szakaszon vizsgálták, miként lehetne a vibrációs energiát helyi, fenntartható energiaforrásként használni az útmenti szenzorok, jelző- és információközlő táblák üzemeltetéséhez. A kísérlet alapját a piezoelektromos jelenség szolgáltatta.

A piezoelektromosság olyan elektromos jelenség, melynek során bizonyos anyagokon (kristály, kerámia) összenyomás hatására elektromos feszültség keletkezik, illetve elektromos feszültség hatására alakváltozás jön létre.
A piezoelektromosság és elektrostrikció felfedezése Pierre Curie és Jacques Curie nevéhez fűződik, akik 1880-ban felfedezték, hogy bizonyos kristályokon (kvarc, turmalin) meghatározott tengelyek mentén alkalmazott nyomás elektromos töltések megjelenését okozza a kristály felületén.
Egy ilyen kristályt két fémlap közé helyezve, majd összenyomva azt, a fémlemezek töltöttekké válnak, amivel elektromos szikrát lehet gerjeszteni. A piezoelektromos anyagoknak ezt a tulajdonságát kihasználva készítenek kis méretű generátorokat.
forrás: Wikipedia

A holland kutatók még 2011 őszén vonták be piezoelektromos tulajdonsággal bíró anyaggal az N34-es autópálya egy szakaszát. A kísérleti projekt célja az volt, hogy felmérjék, vajon lehetséges-e elektromos energiát termelni a forgalom generálta rezgések kiaknázásával, illetve ha ez lehetséges, akkor pontosan mennyi energia nyerhető így ki az aszfaltból.

Az energiatermelés lehetőségét vizsgáló része a kísérletnek sikeres volt, azonban a megtermelt energia mennyiségére vonatkozóan a kutatók azt találták, hogy annak mennyisége nagyobb fogyasztók – például forgalomirányító lámpák, világítótestek – működtetéséhez nem elegendő. Ugyanakkor annyi áram termelődött, ahogy azzal a kisebb fogyasztókat, mozgásérzékelő szenzorokat működtetni lehessen velük, ezzel kiváltva az ezekbe szükséges elemeket, akkumulátorokat.

Mint minden új fejlesztés esetében, itt is kérdéses viszont az ipari méretű megvalósíthatóság. A kísérleti projekt ugyanis rávilágított, hogy piezoelektromos útelemek telepítése nem olyan egyszerű, mint amilyennek az első látásra tűnt. A projekt során kivágtak egy keskeny aszfaltcsíkot az út burkolatából, amelybe aztán belesüllyesztették a piezoelektromos elemeket tartalmazó fémkonténert. Ez viszont a vártnál kevésbé bírta a forgalom megterhelését, és idővel meglazult. Balesetveszélyes helyzetet ugyan nem okozott, de egyértelműen jelezte, hogy ezen mindenképpen fejleszteni szükséges az ipari méretű hasznosításhoz.

A projekt felelősei ugyanakkor bizakodóak: meglátásuk szerint, ha a közúthálózaton nem is terjed el a jövőben ez a technológia, a meglévő és jövőben építendő hidak esetében, főleg a hőtágulást kezelő kapcsolódási pontokon, működőképes alternatívát jelenthet a szenzorok üzemeltetéséhez.

Hasonló kutatások egyébként Kaliforniában és Izraelben is zajlanak.

Üvegút-rendszer

A vibrációs lehetőségeknél is érdekesebb kutatási területet választott magának egy amerikai környezetmérnök házaspár: az ő céljuk olyan útfelület kifejlesztése, amely a nap energiáját hasznosítja különböző biztonsági üzenetek megjelenítését lehetővé tevő LED-es világítótesteihez.

A kutatásuk alapja, hogy szerintük az utak funkciójukat tekintve többek is lehetnének, mint szimpla aszfaltcsíkok, amelyeken autók száguldoznak fel és alá. Hiszen mit is csinál pontosan az úthálózat egész nap? Gyűjti a meleget és a fényt. Pont, mint a napelemek és a napkollektorok.

És innen már csak egy lépés volt az elmélet felállítása: ha megoldható lenne, hogy az Egyesült Államok összes aszfalt- vagy betoncsíkját ipari üveglapok alá rejtett napelemekkel váltsák ki, akkor már egy 15 százalékos hatásfok mellett is több mint négyszer annyi áramot lehetne termelni, mint az USA teljes áramigénye.

Persze a kihívás itt is adott volt: nem lehet csak úgy a boltok polcairól olyan üveglapokat leemelni, amelyek elbírják a kamionokat, ugyanakkor elég tiszták ahhoz, hogy a lehető legtöbb napfényt átengedjék a napelemekhez, de lehetőleg a ne csillogjanak annyira a tűző kaliforniai napsütésben se, hogy azzal közlekedési veszélyhelyzetet teremtsenek. És természetesen az sem elhanyagolható szempont, hogy élettartamukat években lehessen mérni.

Elszánt mérnök-kutatókat természetesen ilyen apróságok nem gátolhatnak meg az elmélet gyakorlatba ültetésében. Az első ilyen útfelületeket 2013 tavaszán már telepítették is egy parkoló területén. Ráadásul a gyakorlati vizsgálatokat rögtön egy továbbfejlesztett modellel kezdték, amelyben már nem csak napelemeket helyeztek az üveglapok közé, hanem fénydiódákat is, amelyekből különböző figyelmeztető jeleket és üzeneteket tudnak a közlekedők elé vetíteni – közlekedési veszélyhelyzetre vagy éppen gyalogosokra felhívni a figyelmet.

Ebben a videóban a kutatók beszélnek a fejlesztésről.