Az alternatív tüzelőanyagok fejlesztési irányai

Jelenleg is több kísérlet zajlik azon célból, hogy a tüzelőanyag fogyasztást csökkentsék. Ezt többnyire a fűtőérték növelésével oldják meg. A fűtőérték növeléséhez általában fosszilis eredetű tüzelőanyagokat kevernek egyéb anyagokkal. Egy másik megoldás, hogy a fosszilis eredetű tüzelőanyag mellett egy más alternatív energiaforrást alkalmaznak a meghajtásra.

A legújabb kutatások az alternatív tüzelőanyagnak alkalmas anyag keresésére talán a széndioxid felhasználása. Egyelőre ezzel a lehetőséggel egy vállalat, a kanadai Carbon Engineering foglalkozik. Az elgondolás azért is érdekes, mert ezzel a technológiával csökkenthetnék a levegőben üvegházhatást okozó széndioxid tartalmát. Más kérdés, hogy hosszabb távon mennyire egészséges, ha túl kevés széndioxid marad az atmoszférában, hiszen ezek a gázok az éghajlati viszonyokat befolyásolják.

A széndioxid kinyerését úgy akarják megvalósítani, hogy úgynevezett levegőleválasztó rendszereket építenek ki, melyek szűrik a levegő CO₂ tartalmát. Ez után különböző módszerek állnak rendelkezésre, hogy felhasználjuk tüzelőanyagként vagy elősegítsük a tüzelőanyag előállítását. Egy másik felhasználási mód, hogy a széndioxidot algák termesztésére használják

1 A repülő szerkezetet napelemek látták el energiával. „A napelem egy fotoelektromos generátor, a Nap elektromágneses sugárzásának (fényének) energiáját közvetlenül elektromos energiává alakító félvezetőkből álló áramforrás. Egy-egy elem igen vékony, nagy tisztaságú egykristályos szilícium lap, (gallium-arzenid), amelynek két eltérő tulajdonságú rétege van. A két réteg között a napfény hatására elektromos feszültség keletkezik.” Dr.

Szegedi Péter: A pilóta nélküli repüléshez kapcsolódva... Tanulmány a pilóta nélküli légijárművek működésével és üzembentartásával kapcsolatban, p.: 80, ISBN 978-963-12-5224-8, 2016 https://ludita.uni-nke.hu/repozitorium/bitstream/handle/11410/10148/Tanulmany_Szegedi_P%C3%A9ter.pdf?sequence=2&isAllo

156

fel. Ezekből az algákból később bioüzemanyagot készítenek, amelyet a repülésben is fel tudunk használni. A harmadik módszer a széndioxid közvetlen tüzelőanyagként való elégetése. A gáz az előzőekben leírt levegőleválasztó rendszerrel megszűrik, és szénhidrogént állítanak elő belőle. Az így kapott tüzelőanyag tökéletesen alkalmas a hajtómű meghajtására és nem bocsát ki „káros” szén-dioxidot. A kutatások folynak a CO2 felhasználásával kapcsolatban, jelenleg egy olyan üzem felépítésén dolgoznak, ahol szemléltethetik a rendszer működőképességét [9][19][20][21][22].

4.3. Az üzemanyagcella

Az üzemanyagcellák az élet minden területén megtalálhatóak. Nincs ez másképp a repülésben sem. A legtisztább energiaforrásnak tartják, ugyanis a keletkező károsanyag-kibocsátása elenyésző. Zajkibocsátása is alacsony, emellett nagyon hatékony. Persze a hátrányokat is meg kell említenünk. Az csak a kisebb probléma, hogy drágák, és csak szakképzett személyzet képes a karbantartására, de gyakori szűrő illetve tisztítócserére is szorulnak. Mindenesetre az utóbbi időben leggyorsabban ezek az üzemanyagcellák fejlődtek a repülésben, és a fejlesztések a mai napig tartanak. A legelterjedtebb változata a hidrogén üzemanyagcella (4.

ábra). Röviden összefoglalva a működési elvét: az üzemanyagcella áramot állít elő hidrogénből és oxigénből, melynek mellékterméke a víz. A hidrogén persze veszélyes anyag, melyek tárolása nem egyszerű. Mégis megéri vele fáradozni, hiszen a jelenleg ismert energiatárolókat az üzemanyagcella messze túlszárnyalja. Nem is csoda, hiszen az energiahatékonysága elérheti a 85%-ot is [5][12].

A legújabb kutatások elrugaszkodnak a hidrogéntől és egy új anyaggal próbálkoznak, a metanolos üzemanyagcellával. Működési elve a katalitikus oxidáció, mely a következő lépésekből áll. Az anód oldali cellába 3%-os metanol oldatot vezetnek. Eközben a katód oldali cellába oxigént juttatnak. A metanol víz jelenlétében szén-dioxiddá alakul, így elektronok szabadulnak fel. Az elektronok az oxigénnel vegyülve olyan kémiai reakcióba lép, amelyből víz keletkezik, valamint elektromos áramhoz juthatunk [10][11].

A metanolos üzemanyagcellának (5. ábra) számos előnye van. Egyrészt a hidrogén üzemanyagcellához képesti kis mérete. Emellett képesek hosszú távon energiát biztosítani.

Ha arról beszéltünk miért is jó ez a rendszer, akkor mindenképp meg kell említenünk a hátrányait is. A legfontosabb, hogy az úgynevezett teljesítménysűrűssége kicsi, így nem alkalmas a nagyobb energiát igénylő műszerek fenntartásához. A repülésben talán a kisebb drónok érhetnek el áttörést ezzel a szerkezettel [10][11].

4. ábra A hidrogén üzemanyagcella felépítés, működése [12]

Megfigyelhető, hogy az üzemanyagcellák fejlesztési üteme az elmúlt években rohamosan növekedett. Ennek oka az elenyésző környezetszennyezési értéke, valamint a kiváló hatásfoka.

157

5. ábra A metanolos üzemanyagcella működési elve [17]

A következő évek kutatási célja talán a hatásfok további növelése, valamint új energiaforráson alapuló üzemanyagcellák kifejlesztése lehet [12][19][20].

ÖSSZEGZÉS

A cikkben összefoglaltam a hagyományos és az alternatív tüzelőanyagot felhasználó hajtóművek legújabb kutatási eredményeit, szemléltettem a várható fejlesztési irányait.

Bemutattam milyen technológiákat alkalmaznak a hagyományos tüzelőanyagot felhasználó hajtóműveken. A repülőgépek egyik legelterjedtebb meghajtási rendszerén, a sugárhajtómű típuson, mutattam be a legmodernebb fejlesztéseket, például a háromáramú sugárhajtómű megalkotását, vagy a legújabb kompozitok alkalmazását.

Szót ejtettem a hagyományos tüzelőanyagok alternatív energiaforrásokkal való kiváltásáról. Bemutattam, hogy hasznosítják a szén-dioxidot alternatív energiaforrásként.

Szóba kerültek az üzemanyagcellák, mint a jövő elektromos áramot előállító berendezései.

Az előzőekből megállapítható, hogy a hagyományos tüzelőanyagok a repülésben is egyre jobban háttérbe szorulnak az alternatív üzemanyagokkal, azon belül is a villamos energiával szemben. Jelenleg is fejlesztések zajlanak a napenergia és az üzemanyagcella együttes alkalmazására, mely forradalmasíthatja mind a hagyományos, mind a pilóta nélküli repülést.

FELHASZNÁLT IRODALOM:

[1] Digivideofestmenyek: Repülőgép hajtóművek fejlesztése (online) url:

http://hu.digivideofestmenyek.com/hobbijaink/repules/repulogep-hajtomuvek-fejlesztese (2016.05.24.)

[2] ROZOVICSNÉ F. K., KAVAS L., BÉKÉSI L.: A hajtómű alkatrész alapanyagok jelene és jövője, Repüléstudományi Közlemények (1997-TŐL) XXVI:(2) pp. 24-34.

(2014), Repüléstudományi Konferencia 2014. Szolnok, Magyarország: 2014.04.10 (Nemzeti Közszolgálati Egyetem)

[3] Haditechnikai Kerekasztal: Készül a jövő hajtóműve, (online) url:

http://htka.hu/2011/06/09/keszul-a-jovo-hajtomuve/ (2016.05.24.)

[4] Haditechnikai Kerekasztal: Készül a jövő sugárhajtóműve, (online) url:http://htka.hu/2013/03/01/keszul-a-jovo-sugarhajtomuve/ (2016.05.24.)

[5] BÉKÉSI B., JUHÁSZ M.: Pilóta nélküli légijárművek energia forrásai. Economica (Szolnok), 2014/1, pp. 92-100.

[6] BÉKÉSI B.: Pilóta nélküli légijárművek jellemzése, osztályozásuk. In: Békési Bertold, Bottyán Zsolt, Dunai Pál, Halászné dr Tóth Alexandra, Makkay Imre, Palik Mátyás, Restás Ágoston, Wührl Tibor, Palik Mátyás (szerk.) Pilóta nélküli repülés profiknak és amatőröknek. 321 p. Második, javított kiadás. Budapest, Nemzeti Közszolgálati Egyetem, 2013. pp. 65-110. ISBN:978-615-5057-64-9. (online) url:

https://opac.uni-158

nke.hu/webview?infile=&sobj=10140&source=webvd&cgimime=application%2Fpdf (2016.04.01)

[7] SZEGEDI P., ÓVÁRI GY.: Hagyományos repülőgép-üzemanyagok kiváltásának lehetőségei és korlátai, Hadmérnök V. évfolyam. 4. szám, 2010. pp. 16-37.

[8] SZEGEDI P., ÓVÁRI GY.: Alternatív üzemanyagok alkalmazásának lehetőségei a repülésben, REPÜLÉSTUDOMÁNYI KÖZLEMÉNYEK, 2010/2. pp. 1-12 (online) url:

http://www.repulestudomany.hu/kulonszamok/2010_cikkek/Ovari_Gyula-Szegedi_Peter.pdf (2016.03.03)

[9] ROZOVICSNÉ F. K.: Alternatív üzemanyagokhoz, meghajtásokhoz kapcsolódó fejlesztések a 2015-ös évben, In: Békési Bertold, Szilvássy László (szerk.), Repüléstudományi Szemelvények. Szolnok, Nemzeti Közszolgálati Egyetem Katonai Repülő Intézet, 2016. pp. 191-204.

[10] Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatikai Tanszék: 9. fejezet - Üzemanyagcellák történeti áttekintése, (online) url:

http://www.mogi.bme.hu/TAMOP/jarmufedelzeti_elektronika/math-ch09.html#ch-9.3.2 (2016.05.24.)

[11] OLÁH GY., ÁNISZFELD R.: Új generációjú Üzemanyagcellák, Magyar Tudomány, 2002/12, p. 1564 (online) url: http://www.matud.iif.hu/02dec/olah.html (2016. 05.24.) [12] Független Ökológiai Központ Alapítvány: Üzemanyagcella, (online) url:

http://www.foek.hu/korkep/enhat/uzemanyagcella/uzemanyagcella.html#bemutatas légijárművek működésével és üzembentartásával kapcsolatban, p.: 80, ISBN 978-963-12-5224-8, 2016 https://ludita.uni-nke.hu/repozitorium/bitstream/handle/11410/10148/

Tanulmany_Szegedi_P%C3%A9ter.pdf?sequence=2&isAllowed=y (2016.04.01)

[16] BÉKÉSI B., SZEGEDI P.: Napjainkban fejlesztett fegyverrendszerek megjelenése a jövő hadszínterein, tudás alkalmazás és fejlesztés szempontjából, Repüléstudományi Közlemények, Szolnok, 2015/3. pp. 105-116. (online) url:

http://www.repulestudomany.hu/folyoirat/2015_3/2015-3-08-0223_Bekesi_B-Szegedi_P.pdf (2016.02.17)

[17] BÉKÉSI B., SZEGEDI P.: Gondolatok a jövőbeni fegyverek alkalmazási lehetőségeiről, XIV. Természet-, Műszaki- és Gazdaságtudományok Alkalmazása Nemzetközi Konferencia, Nyugat-magyarországi Egyetem, Szombathely, 2015. pp.

183-188. (ISBN: 978-963-359-053-9)

[18] DODSON B.: "Superjet" variable cycle jet engine could power future fighter aircraft, (online) url: http://www.gizmag.com/ge-aviation-develop-advent-variable-cycle-jet-engine/25556/ (2016.05.24.)

[19] BÉKÉSI B., WÜHRL T.: Redundancy for micro uavs – control and energy system redundancy. In: Jiří Stodola, Jiří Šťastný, David Vališ (szerk.) Deterioration, Dependability, Diagnostics 2012. Brno, University of Defence, 2012. pp. 123-130.

(ISBN: 978-80-7231-886-5)

[20] BÉKÉSI B.: Redundancy on Board of UAVs – Energy Systems, In: Donatas Markšaitis, Rolandas Makaras, Ovidijus Putnynas (szerk.). Proceedings of the 16^th International Conference: Transport Means 2012. Kaunas, Technologija, 2012. pp. 158-161.

159

[21] BÉKÉSI B., PAPP I.: UAV future development. In: Jiří Stodola , Jiří Šťastný, David Vališ, Vlastimil Neumann (szerk.), Deterioration, Dependability, Diagnostics 2013. Brno:

Univerzita Obrany, 2013. pp. 63-76. (ISBN:978-80-7231-939-8)

[22] BÉKÉSI B.: Az UAV-k jövőbeni fejlesztési irányai, XII. Természet-, Műszaki és Gazdaságtudományok Alkalmazása Nemzetközi Konferencia, Nyugat-magyarországi Egyetem, Természettudományi és Műszaki Kar Természetföldrajzi Tanszék, Szombathely, 2013. pp. 101–113.

160

EGYDIMENZIÓS FELÜLETEK MINTÁZATAI

ONE-DIMENSIONAL SURFACE PATTERN FORMATIONS

HRICZÓ Krisztián¹, Vadászné BOGNÁR Gabriella²

1Ph.D., adjunktus, mathk@uni-miskolc.hu

1Miskolci Egyetem, Matematikai Intézet

2D.Sc., egyetemi tanár, v.bognar.gabriella@uni-miskolc.hu

2 Miskolci Egyetem, Gép- és Terméktervezési Intézet,

Kivonat: A dolgozatban vékony, amorf filmek képződésének folyamatát elemezzük. A determinisztikus egyenlet megoldásait vizsgáljuk az egyenletben szereplő fizikai tulajdonságokat ötvöző paramétertől függően. A nemlineáris parciális differenciálegyenlet megoldásait hasonlósági transzformációval keressük. Az így kapott közönséges differenciálegyenlet megoldásait megadott kezdeti feltételek mellett elemezzük. A nemlineáris parciális differenciálegyenlet numerikus megoldását a hely- és az időkoordináta egy intervallumában különböző kezdeti feltételek mellett adjuk meg.

Kulcsszavak: Felületi mintázat, érdesség, determinisztikus egyenlet, vékony film

Abstract: In this paper the evolution of the thin, amorphous film is examined. The solutions to the deterministic equation are investigated for different values of the physical parameter involved in the equation. The solutions to the nonlinear partial differential equation are searched using similarity transformation. The solutions of the reduced ordinary differential equation are analyzed with different initial conditions. The numerical solutions to the nonlinear partial differential equations are given in the domains of spatial and temporal variables for different initial conditions.

Keywords: pattern formation, surface roughening, deterministic equation, thin film

1. BEVEZETÉS

A mintaképződések a természetben mindenütt megtalálhatók és fontos szerepet játszanak a műszaki tudományokban, mivel nem-egyensúlyi rendszereknek a legérdekesebb megjelenési formáival [1].

A felületi architektúrák eredetének megértése elősegíti a bevonatok előállításának jobb kontrollálását, amely új gyártási technológiákat eredményezhetnek. Tipikus példái nagyon sok, rendkívül hasonló interfészeken találhatók meg, amelyek teljesen különböző folyamatok során keletkeznek, mint pl. az amorf [2] és az epitaxiális vékonyrétegek növekedési folyamatában [9], illetve ionnyalábos porlasztásos erózió (IBS) során [11]. Ezek a kialakuló mintázatok, a kialakuló felületek tulajdonságai a tipikus minta hullámhossza szerint különböző kategóriákba osztályozhatók mind a stacioner, mind az időfüggő (durvuló) viselkedés esetében [8].

Egy olyan egydimenziós ellenpélda az interfész egyenletre, amely állandó hullámhosszú és amplitúdójú stacionárius mintázatot eredményez igazán meglepő lenne, mert alátámasztaná a megszakított durvulás folyamatának az értelmezését. Az irodalomban olyan kétdimenziós kontinuum modell került bevezetésre, amely a mikro méretekben írja le az erodálódott IBS felületek jellemzőit [4], [7]. A felületi struktúrák kialakításánál számos alkalmazásban jelentős az ún. Molecular Beam Epitaxy (MBE) eljárás, különösen az elektronikai iparban félvezető anyagoknál a szilárd félvezető szubsztrát felületére a vékony filmréteg felvitelében.

Nagyon gyakran a kifejlődő film a növekedési eljárás alatt nem marad sík, hanem különböző felületi struktúrák alakulnak ki. Ezen struktúrák típusai rendkívül változatosak és függenek az

161

anyagi, fizikai jellemzőktől és a növesztés feltételeitől [8].

A „Conserved Kuramoto-Sivashinsky” (CKS) egyenlet egy olyan matematikai modell, amellyel az MBE eljárások során nyert felületi morfológiát lehet modellezni. Ennek numerikus megoldásait elemezzük Muñoz-Garcia, Cuerno és Castro [8] dolgozatának ötlete alapján.

In document MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-KELET MAGYARORSZÁGI RÉGIÓBAN 2016 (Pldal 166-172)