Eljárás hűtésre és ezáltal környezeti hő hasznosítására
1000 dollár az első embernek aki bebizonyítja, hogy az eljárás elvileg sem lehetséges
Jelenleg a szükséges energia túlnyomó többségét a hőerőgépek és belső égésű motorok hozzák létre, melynek használata rengeteg káros és drága energiahordozó felhasználásával történik. Ez vezetett ahhoz a kutatáshoz, hogy a környezeti hőenergiát hasznosítani lehessen
copp@perpi.hu
Marcz Henrik
Elmélkedések
Minden energia átalakítható! Majd pont a legfontosabb nem? Na ne!
Egy ember több mind 100 évvel ezelőtt kijelentette, hogy még elvileg sem lehet olyan gépet készíteni, ami a környezeti hőt hasznos energiává alakítja.
Nem egy ember 100 évvel ezelőtt, hanem a mostani emberiség sem mondhatja ki, a természetről, hogy nem lehet.
1/a.: a termodinamika II. főtétele és értelmezése (ismeretlen szerző)
A szakemberek is tudják, hogy vannak körfolyamatok. Igaz a körfolyamat, mint zárt rendszer igényel külső energia bevitelt az irreverzibilitás legyőzése céljából, de hiszem, hogy ez az energia is kinyerhető a környezetből. A hőszivattyú, mint energiatermelő körfolyamat teljesen elfogadott a szakemberek által is, holott látszólag ellentmond a fizika alaptörvényének, miszerint a befektetett energiánál, csak kevesebb energia nyerhető ki az átalakítás folyamán. Ennek ellenére a hőszivattyúk és a légkondicionáló berendezések is több hőenergiát szolgáltatnak, mint amennyi villamos energiát befektettünk. Persze nem termelődött energia a semmiből. A környezeti hőt alakítja át hasznos energiává. Filozófiai értelemben a hőenergiát használjuk, amikor a meleg levegőt beengedjük a hideg helyiségbe. Nyilvánvaló, hogy a hő, mint belső energia hasznosítható. Miért pont a számunkra fontos villamos energia ne lenne kinyerhető a hőből?
A környezeti hő elvonásából nyerhető energia lehetőségét általában a termodinamika II. főtételére hivatkozva vétózzák meg a következő megfontolás alapján.
A második főtétel tapasztalati alapja a következő:
Az energiafajták egyenértékűségére kimondott megállapításból arra következtethetnénk, hogy minden irányú energiaátalakítás egyformán lehetséges. Tapasztalataink alapján azonban tudjuk, hogy ez nem lehetséges.
A hő például önmagától mindig csak melegebb helyről megy át hidegebb testre. (Hűtőgépeknél energiát kell befektetnünk a fordított energiaáramlás elérése érdekében.) Minden mechanikai jellegű munkavégzés során elkerülhetetlenül fellépnek súrlódási veszteségek, minek következtében a munka egy bizonyos hányada hővé alakul, mely hő már teljes egészében nem alakítható vissza mechanikai energiává. Ha egy vezetőn elektromos áram halad át, akkor annak egy része vezetőben hővé alakul, de ez a folyamat sem fordítható meg. A gázok vákuumban kiterjednek, de a valóságban sohasem fordul elő, hogy a gáz önmagától a rendelkezésre álló hely egy kis részére koncentrálódjon. A diffúzióval, oldódással kapcsolatos jelenségek is csak egy irányban mennek végre önmaguktól.
A természetben megfigyelt (spontán folyamatok)1 tehát arról győznek meg bennünket, hogy e változások mindig irreverzibilisek (megfordíthatatlanok). (Ez az irreverzibilitás természetesen nem azt jelenti, hogy a folyamat után a rendszert egyáltalán nem lehet a kiindulási állapotába visszahozni, hanem azt, hogy ehhez minden esetben külső munkavégzésre van szükség.)2 (Az irreverzibilitás mértékének azt a munkamennyiséget tekinthetjük, melyet a rendszer kiindulási állapotának elérése érdekében minimálisan be kell fektetnünk.)3
A fenti tapasztalati megfontolások alapján született II. főtételt több tudós is megpróbálta értelmezni:
Kelvin–féle megfogalmazás: („Nem lehetséges olyan körfolyamat, melynek során egy hőtartályból elvont hő, minden egyéb hatás nélkül, teljes egészében munkavégzésre lenne fordítható.”)4
Clausius elve, mely szerint: („Nem lehetséges olyan körfolyamat, mely során hidegebb testről önként hő menne át melegebb testre.”)5
Planck megfogalmazása: („Nem vihető keresztül /még határesetben sem/ olyan körfolyamat, melynek egyetlen eredménye az volna, hogy hőt von el egy hőtartályból, miközben egyenértékű munkát végez.”)6
Ostwald szerint: („Nem készíthető olyan periodikusan dolgozó gép, amely munkát tudna végezni kizárólag környezete termikus energiájának rovására.”)7
(A másodfajú perpetuum mobile lehetetlensége.)
Az összes megfogalmazásból az látszik, hogy spontán folyamatokban gondolkodnak az „1” indexált szerint. De nem spontán folyamatban miért ne lenne elképzelhető a környezeti hő felhasználása. A nem spontaneitáshoz valóban kell külső energia, de elképzelhető, hogy ezt is a kinyert energiából fedezhetjük. Ha még mindig maradt hasznos energia, akkor elkészült a körfolyamat, amely a környezeti hő felhasználásával termel „hasznos” energiát.
A „2” indexálás is pont azt említi. Lehet körfolyamat, de a kiindulási állapothoz külső energia kell. Ez kétségtelen, de a „3” indexálás a megoldást is sugallja. Ha a rendszer kiindulási állapotának elérése érdekében elegendő energia kisebb, mint a kinyerhető energia akkor máris kialakult a környezeti hőből hasznos energiatermelés lehetősége.
A „4” indexálásban található teljesen igaz, de szó sincs arról, hogy nincs egyéb hatás és teljes egészében munkavégzésre fordítanánk a környezeti (tartály) hőt.
Az „5”, indexálásban semmi újat nem mond a szerző.
A „6”, „7” indexálásban szereplő kijelentésekre csak azt tudom mondani, hogy nem igaz. A több mint száz évvel korábban született kijelentés a kor tapasztalatinak megfelelő, egyszerű, de felelőtlen kijelentés. Abban a korban még nem készültek kriogén expanderek, elképzelhetetlen volt akkora nyomás, olyan kifinomult áramlástechnikai megoldások, amik ha kerülő úton is, de lehetővé teszik a környezeti hő hasznosítását legalábbis elvben.
Ebben a fejezetben az egyetlen és lényeges felismerés, amit már egyszer aláhúzva említettem: „Ha a rendszer kiindulási állapotának elérése érdekében elegendő energia kisebb, mint a kinyerhető energia akkor máris kialakult a környezeti hőből hasznos energiatermelés lehetősége.”
A következő 2. fejezet célja, hogy elvi megoldást mutasson a környezeti hő hasznosítására.
A környezeti hő számunkra fontos villamos energia átalakítására. Nem egyszerű és nem egy kőrfolyamatról van szó, ráadásul csak töredékét hasznosítja a környezeti hőnek, de hasznosítja. Az „energia termelő-mű” kifejezés természetesen nem azt jelenti, hogy semmiből termeli, hanem arra utal, hogy számunkra hasznos energiát termel.
Szfvár, 2012 07. 27.