Energiafüggetlenség háromszéki módra: áramfejlesztő Stirling-motorok

Több egzotikus komponens is megbújik a hír mögött: a légmotornak nevezett gépekről már 1699-től szólnak feljegyzések, Sir George Caley 1807-ben feltalált egy légmotort, Robert Stirling is már 1816-ban feltalálta a regeneratív hőcserélőt, az innovatív, hatásfokjavító fejlesztésnek köszönhetően terjedtek el az alfa, béta és gamma típusú Stirling-motorok már a 19. században.

Ezek után kijönni azzal a hírrel, hogy az ötletre 900 ezer lejes vissza nem térítendő uniós hitelt pályáztak meg, és azt tervezik, hogy az első generátorokat már idén nyáron piacra dobják, csakis azt jelenthette: innovatív megoldással jelentkezett a sepsiszentgyörgyi csapat. Pedig évszázadok óta közkézen forog több megoldás is: külsőégésű motorokról lévén szó, gyakorlatilag bármilyen tüzelőanyagot fel lehet használni, a Stirling-motort minden fajta hőmérsékletkülönbség működteti. Nincs szükség táguló üzemanyagokra, mint a benzin- és dízelmotoroknál, égethetünk biomasszát, fát, hulladékot, sőt: nem is szükséges égetni. Felhasználhatjuk a föld hőjét, a meleg légáramlatokat, a napfényt, termálvizet, de van példa nukleáris fűtésre is: a múlt század nyolcvanas éveiben a Kokums svéd hajógyár több tengeralattjárót is épített Stirling hajtással. A Southern California Edison 2005-ben jelentett be egy megállapodást 20 ezer darab napfény fűtésű Stirling-motor szállítására, a Los Alamos Nemzeti Laboratórium mozgó alkatrészek nélküli akusztikus Stirling-motort fejlesztett, amely a hőenergiát rendkívül erős hangenergiává alakítja.

Egyszerű életmentés

A Stirling-motorok fejlesztése ezért is érdekli a nagyközönséget: a fejlesztői csoportot vezető Páll Árpád azt állítja, több mint százezer látogatója volt a YouTube-on, és 18 ezer kommentet kapott.

„Egy beta Stirling-motort használunk, azt fejlesztettük annyira, hogy romániai viszonyok között elérhető áron lehessen forgalmazni a berendezést – foglalta össze munkájuk lényegét Páll Árpád. – Beleértendő az elképzelés, a dizájn, a gyártási módszer.” Fontosnak tartja, hogy elérhető árú berendezést tervezzenek. Egy Stirling-motoral ellátott MicroGen gázkazán 18-20 ezer dollár, egy SunMachine hőközpont ára 30 ezer euró körül van, ezek az árak csak a nyugati polgár által kifizethetők, az ausztrálok például Spanyolországban építettek egy Stirling-motorokkal ellátott kazángyárat. A termék számunkra még nem elérhető, pedig ez jelenti az igazi energiafüggetlenséget, főként katasztrófák esetén – magyarázzák a tervezők. A közelmúltban az Egyesült Államokbeli fagyok okozta katasztrófa is igazolta: hiába a gáz-, vagy fafűtés az épületekben, ha valamilyen csapás miatt megszakad az áramellátás. Ilyenkor az életet jelentheti egy Stirling-motorral felszerelt kazán, amely saját magának fejleszti a vezérléshez szükséges áramot.

Páll Árpád, a kutatás-fejlesztést végző csoport vezetője, munkatársa, ifjabb Pózna Dávid, és az Ariadne tulajdonos-igazgatója, idősebb Pózna Dávid állítják: a Stirling-motor gyártási árának 40 százalékát a melegfej költségei teszik ki. Ők ötévi kísérletezés után rájöttek, hogyan lehet ezt a részarányt 8–12 százalékra lecsökkenteni, ami a motor árának arányos csökkenését jelenti, és mifelénk is eladhatóvá teszi egy berendezés részeként. Előnyei között szerepel az is, hogy csendes, kevés alkatrésze van, nincs benne gyújtás, kényes beállítások: elég begyújtani a tüzet, és működik a gépezet.

Terveik között nem szerepel nagy, több kilowattos Stirling-motorok fejlesztése, mert azok hatalmas nyomás alatt működnek, a levegő helyett héliumot, drága kompozitanyagokat használnak. Nem kívánják átlépni a dízelmotorok hatásfokát, mert az lényegesen megdobná az árakat. Egyszerűen csak fel akarják használni áramfejlesztésre a meleget, ami amúgy is létezik. Míg bemelegszik, fogyaszt némi hőenergiát, miután azonban működésbe lép a generátor, a kazán erejének mindössze egy százaléka megy el a Stirling-motorok működtetésére, ráadásul hűtésre a fűtőrendszerből származó hideg vizet lehet használni, tehát azt sem vész el. Ezért csak generátorként még nem éri meg Stirling-motorral dolgozni.

 Háziasszony-üzemmód

Romániában legalább 60 ezer olyan lakás van, ahol nincs áram, és vélhetően nem is lesz az elkövetkező évtizedekben. Lakásonként 3–4 személlyel számolva negyedmillió ember nem tudja, mit jelent a rádió, tévé, egyszerű villanykörte, kommunikáció. Arról nem is beszélve, hogy petróleumot sem lehet már kapni, az elszigeteltebb vidékeken ma állati zsiradékkal világítanak – állítják a fejlesztők. E réteg számára jelenthet megoldást az akár kályhára, kemencére szerelhető Stirling-motor, amellyel 100-500 watt elektromos áramot lehet fejleszteni egy kis generátor és elektronika segítségével. A berendezés Stirling-motorral működtet egy generátort, amely egy kontrolleren keresztül tölti az akkumulátort, a kijövő 12 voltot pedig egy inverterrel 220 voltra alakítják. Ez a konstrukció kitűnő megoldás lehet elszigetelt helyeken, hétvégi házaknál, magashegyi környezetben, ahová költséges lenne felvinni az amúgy drága üzemanyagot a belsőégésű motorral működő áramfejlesztők számára. Lényeges tudnivaló: a Stirling-motor nem igényel nagy hőt, 200–500 Celsius-fok között működik, nincs szükség nagy nyomásokra.

A fejlesztők elmondták: Bartha Sándor háromszéki kazántervező és -gyártó jelezte, nagy igény lenne a piacon nagyobb teljesítményű, minimum egy kilowattos Stirling-motorokra.  Ők azonban most még a függetlenséget célozzák meg. „Olyan rendszereket kell összeállítanunk, amelyeket el is tudunk adni” – foglalta össze a cég gazdasági célját Pózna Dávid igazgató, ami érthető is, hiszen az elektronikát, alkatrészeket, generátorokat külső beszállítóktól tervezik beszerezni. A sorozatgyártás ugyanakkor lényegesen különbözik a tervezői modellek gyártásától, a tesztmodellek működésétől, mert váratlan eseményeket is be kell tervezni.

„Eddig mintegy hatvan Stirlinget építettem, néhányat tényleges méretben is, harmincat fizikailag is megvalósítottam” – mondta Páll Árpád. Hosszú tervezői tapasztalat áll mögötte: mielőtt 2001-ben az Ariadne Kft.-hez került volna, erős csapatot vezetett a hajdani sepsiszentgyörgyi gépgyárban, a valamikori IMASA-ban. „Szentgyörgy volt az első város Romániában, ahol megjelentek a műszaki, ipari robotok” – emlékezik vissza a megmunkáló műhely hajdani mestere.

Tudását, lelkesedését, innovatív szellemét ifjú Pózna Dávidnak szeretné átadni, akivel együtt dolgozik, a csapatot pedig még egy kitűnő esztergályos, Borbély Emil egészíti ki. „Egyszerű dolgok kellenek. Ugyanazt a politikát szeretnénk követni, amit az 1950-es években a Philips cég, amely a holland kormánytól a következő megrendelést kapta: olyan generátort kérünk, amelyet a háziasszony be tud gyújtani, nem kell hozzá gyertya, gyújtás, egyebek.”

Kis motorismertető

A Stirling-motorban adott tömegű, a környezettől tömítésekkel elzárt gáz, általában levegő, hidrogén vagy hélium van. Amikor ezt az adott térfogatú gázt melegítik, a nyomása megnő, és a dugattyú felületére hatva mechanikai munkát végez a motor munkaütemében, a gáz pedig nem távozik a munkaütem után. A súrlódó alkatrészek, mint például a munkadugattyú, a motor hideg oldalán helyezkednek el, így kisebb a hőterhelésük, ezért megbízhatóbbak és hosszabb élettartalmúak a belsőégésű társaikkal szemben.

A mérnökök a Stirling-motor három fő típusát különböztetik meg:

1. Az alfa Stirling-változat két külön dugattyúval rendelkezik, egyik a meleg hőcserélőben, a másik a hideg hőcserélőben (fejnek is nevezik).

2. A béta Stirling-motornak egyetlen hengerben egy terelődugattyúja és ezt körülvevő munkadugattyúja van, amely a terelődugattyúval egy tengely mentén mozog. A terelődugattyú hézaggal illeszkedik a hengerbe, nem szolgáltat hasznos munkát, mindössze arra szolgál, hogy a gázt a forró kamrából a hideg kamrába tolja.

3. A gamma Stirling-motor olyan bétaváltozat, ahol a munkadugattyú és a terelődugattyú két különálló hengerben mozog, de mindkét forgattyú ugyanahhoz a forgattyús tengelyhez csatlakozik. A gáz a két henger között szabadon áramolhat.

Pufi motoron

Páll Árpád egy évtizede indította útjára egy másik találmányát, a Pufi-kocsit is, az 1,5 literes üzemanyag fogyasztású, 40 km/órás végsebességű gépjárművet azonban nem sikerült forgalomba íratnia. A hószánként működő, nyáron autóvá alakítható szerkezetet mintegy 600 euróból építette. Azóta világszerte mintegy 15 ezer cég gyárt hasonló járgányokat, a holdjáró vagy holdautó is hasonló elv alapján  működik.