Találmányok és környezetvédelem

Átírás

1 Találmányok és környezetvédelem Írta Dr. Vedres András a kémiai tudomány kandidátusa, feltaláló, a Magyar Feltalálók Egyesületének főtitkára A teremtett világra a jellemző a harmónia, azaz bármely rendszerben a megnyilvánuló kölcsönhatásokban egyensúly van. Ebben az állapotban bármely rendszer kimenő hatásai és környezetéből érkező hatások egyike sem lehet káros. Az ember ezt a harmóniát színrelépése óta folyamatosan megbontja. Az egyre több ember számára egyre több anyagi javakra, élelemre, energiára van szükség. E javak maradéktalan biztosítását a teremtett világ által rendelkezésre álló anyagiakból már ősidők óta nem lehet megoldani. E kényszertől vezérelve az ember folyamatosan átalakít, azaz valamiből valami ismertet hoz létre. Ha ez sem bizonyul elégségesnek, akkor az ember kénytelen alkotni, azaz valamiből valami újat létre hozni, majd később ezt az újat hasznosítani. Az átalakító tevékenység a termelés, az alkotás pedig a feltalálás, míg a találmányok hasznosítása az innováció. A dolgok egymással szövevényesen összefüggésben állnak. Az ember a termelő, feltaláló és innovációs tevékenysége során képtelen úgy eljárni, hogy mindenre tekintettel legyen. A legtöbb esetben nincs figyelemmel a tevékenysége szempontjából lényegtelen következményekre, még ha azok maga, más vagy mások számára kifejezetten ártalmasak is. Valójában a társadalmakban a termelő, feltaláló és innovációs tevékenység hajtóereje a profit szerzés. A szükségletek kielégítése, mint késztetés csak a pénzszerzés áttételén keresztül érvényesül. A nagyobb haszon reményében minden huncutságra, még környezetünk nem nagyon nyilvánvaló pusztítására is képesek vagyunk. A termelés, a feltalálás és az innováció tehát maga a környezeti katasztrófák előidézője. Napjainkra a természet harmóniáját annyira megbontottuk, hogy a környezetbiztonság az emberiség létérdekévé vált. Erre a tényre hívják fel a figyelmet a környezetvédő mozgalmak. Az ártalmakat igyekszünk csökkenteni, de sok esetben azokat csak elkendőzik a kormányok és a gazdasági társaságok ökológiai intézkedései. A környezetvédő mozgalmárok legtöbbje pedig Őfelsége fizetett ellenzéke vagy az ökológiai iparág kijárója lett.

2 2 A termelés-feltalálás-innováció hármas meghatározó eleme a feltalálás. Ezt könnyű belátni, ha egy pillantást vetünk magunk köré. Minden, ami a mai embert körülveszi, az feltalálás eredménye. Minden árucikket, amit megvásárolunk feltalált eljárással gyártunk. Mindezekből következtethetne valaki arra, hogy végső soron a feltalálót terheli a felelősség a környezeti ártalmakért. Minek talált fel olyan anyagot, mint például a freon, amely később hatalmas környezeti katasztrófával fenyegeti a világot. A freon feltalálása és a környezeti katasztrófa reális veszélye között azonban sok-sok vállalkozás innovációja és az általuk bezsebelt valamint elköltött pénzhegyek vannak. A feltaláló csupán egy lehetőséget teremtett meg, amelyet mások az innováció során kihasználtak. Tagadhatatlan, hogy a feltalálót erkölcsi felelőség terheli, akkor, ha találmánya olyan, ami más vagy mások számára ártalmas lehet. Más oldalról viszont a feltaláló az, aki képes a környezeti ártalmakat felszámolni, illetve csak olyan alkotásokat létrehozni, amelyek környezetbiztonságot károsan nem befolyásolják. Jelen előadásomban ilyen találmányok bemutatásával kívánom a figyelmet felhívni a fentebb fejtegetett általános következtetések alátámasztására. A konkrét példák bemutatása előtt nézzük meg az ökológiai találmányok gyakoriságát a statisztikai adatok tükrében. A fellelhető legnagyobb szabadalmi adatbázisban (Európai Szabadalmi Hivatal, esp@cnet) 33 millió dokumentum van. Ezek közöl 231 ezer találmány leírásában fordul elő a környezetvédelem szó. Ez az összes találmány 7 ezreléke. A magyar szabadalmi adatbázisból megállapítható, hogy 1895 óta több mint 150 ezer találmányt alkottak a hazai feltalálók. Ezek közül 5500 szabadalom leiratában szerepel a környezetvédelem szó. Megállapíthatjuk, hogy a magyar találmányok közül ötször annyi mű foglalkozik az ökológiával, mint a világátlag. Ez örvendetes tény! A környezetvédelemmel kapcsolható találmányok közül a legtöbb a hulladék feldolgozással, illetve újrahasznosításával foglalkozik. Jövőbe mutató példa Hoffmann László és társainak eljárása (P ), amely az üveghulladékot alakítja értékes anyaggá. E találmány lényege, hogy a megőrölt üveghulladékot karbonát tartalmú adalékanyaggal keverik, majd megolvasztják. A folyamat során széndioxid fejlődik, amely habosítja az olvadékot. Abból hűtés és granulálás hatására meghatározott méretű golyócskák keletkeznek. Így olyan műkavics nyerhető, amelyből ha beton testet készítünk, akkor az kiváló hang- és hőszigetelő tulajdonságú lesz, szilárdsága a hagyományos betonéval egyező, de olyan könnyű, hogy például úszik a vízen egy ilyen betontárgy. Ezzel a találmánnyal nem csak, hogy megszüntetjük a hulladék üveg hegyeket, hanem olyan értékes anyaghoz juthatunk, amely az építőiparban új alkalmazásokat tesz lehetővé. Ebben az évben például egy svájci repülőtéren ilyen betonból hangszigetelő fal épült, vagy ugyancsak ott alagút-tűz elleni védekezésre is tesztelik azt.

3 3 A következő találmány (P ) iskolapéldája lehet az ökológiai agrotechnikának. Tóth Ferenc és Bayar Kosbayar fiatal tudósok a pókok nagy szakértői. Zseniális találmányukban (P ) a növényvédőszer egy különleges pókfaj. Ezeknek a pókoknak az étlapján csupa olyan rovar szerepel, amely az üvegházi növényeket károsítja. A gazdának csak annyi a dolga, hogy a pók-tojásokat elhelyezze a fóliasátrába, például a melegházi paprika növekedésével együtt a pókok is kikelnek, majd a növények kártevőit elpusztítják. Vegyszerezésre tehát nincs szükség. A póktojásokat a találmány részét képező speciális pókházban könnyedén lehet termelni. Kis dobozkákban élnek a pókok. Táplálékuk egy bizonyos muslinca, amely a dobozkák légterébe helyezett cukros tésztán szaporodik. A pókok szívesen párosodnak, tojásaikat időnként eltávolítják, és felhasználásig jégszekrényben tárolják. Most mondhatja valaki, jó-jó, hogy a rovarkártevőket így vegyszermentesen kipusztítjuk, de helyettük azok a pókok fogják betölteni a fóliasátrakat. Tóth Ferencék erre is gondoltak. Az általuk alkalmazott pók faj kannibál, azaz az élelem fogytán egymást falják fel. Ezt az eljárás joggal nevezhetjük abszolút ökológiai agrotechnikának. Az egyik legnagyobb környezetszennyező a közlekedés. A közlekedési eszközöket általában mozgató belsőégésű motorok széndioxidot, és más káros égéstermékeket

4 4 bocsátanak ki, okozva ezzel az üvegházhatás növekedését és egészségkárosítást. Az Első Világháború után született meg a benzin oktánszámát emelő találmány az ólom-tetraetil alkalmazása adalékanyagként, amely széleskörű elterjesztés után, majdnem hogy a civilizált emberiség gyilkosa lett. Egy évtizeddel ezelőtt, már az újszülöttek csontjaiban is többszörös volt az ólomtartalom a megengedettnél. A folyton megújított Otto-motorok egyre magasabb oktánszámú benzint igényeltek. A megoldandó probléma arra késztette a vegyészeket, hogy találjanak fel valami más, hatékonyabb és kevésbé mérgező anyagot az ólom kiváltására. A feltalált megoldás most egy új vegyszer formájában ott csücsül autóink tankjaiban. Zöld színnel hirdeti magát, a hengerekbe kerülvén elég, majd autónk hátsójának nyílásán keresztül az égéstermékei kipöfögnek a levegőnkbe, onnan a tüdőnkbe, növényeinkbe jutva. Lehet, hogy csak húsz év múltán fogjuk megtudni, milyen ártalmakkal szolgált ez a zöld címkés benzin számunkra. Az Otto- és Diesel-motorokat a feltalálók folyton tökéletesítik, optimalizálva az égést, elektronizálva a szabályozást. Se szeri, se száma azoknak a feltalált szerkezeteknek, amelyek az üzemanyag-vezetékbe szerelve ígérnek csodákat. Ezek okoznak ugyan némi javulást a gazdaságosságban, csökkenti kissé a károsanyag kibocsátást, de a fő probléma, a széndioxid megmarad. Önként adódik, hogy ha elektromosság hajtja a járműveket, nincs széndioxid kipufogás. Pontosabban ott nincs, ahol a jármű halad, hanem másutt keletkezhet a széndioxid, például a hőerőműnél, ahol a villamosságot termeljük. Más a helyzet akkor, ha az áramot atom-, szél-, vagy vízierőmű állítja elő. Ez esetben üvegházhatást nem okozunk. A villamosság hajtotta járműveket elég régen feltaláltuk ahhoz, hogy széles körben elterjedjenek, de mégsem, mert behatároltan alkalmazhatók. Tudniillik, vezeték kell az energia odajuttatás miatt, vagy nagy méretű és súlyos akkumulátorokat kell alkalmazni, melyek hosszabb idő alatt tölthetők fel újra energiával. A vasutakat, a trolibuszokat leszámítva ma gyakorlatilag nincs más villany hajtotta járművünk. Kisméretű, könnyű és gyorsan tölthető akkumulátor megalkotására várunk több mint egy évszázada. Az akkumulátorokkal kapcsolatban van még egy baj. A korszerűsödő elektromos tárolók egyre drágábbak, és egyre veszélyesebb anyagokból állnak. Jó lenne tehát az akkumulátort valahogy kiküszöbölni, de azért villannyal hajtani a járműveket. Egy ilyen megoldás egy pár évvel ezelőtt készült el. Magam is kipróbáltam azt a londoni taxit, egy nemzetközi találmányi kiállításon, amelynek tankjában hidrogéngáz volt, az első kerekeit elektromos váltóáramú agymotorok hajtották. Semmi féltengely, semmi sebességváltó. A szükséges elektromos áram az orrészben elhelyezkedő üzemanyagcellában keletkezett, olyan mértékben, amilyen mennyiségben a cellába vezették a hidrogéngázt és a tisztított levegőt. Ez az autó csak vizet pufogott ki, hangtalanul, pont úgy siklott, mint a benzines társai. A probléma az üzemanyagban rejlik. Nem azért, mintha a hidrogén sokkal veszélyesebb lenne, mint a jó öreg benzin, hanem mert a hidrogén előállításához hatalmas mennyiségű elektromos energia kell, és a hidrogénkutak, az ellátás rendszerének feltalálása még várat magára. Nem elhanyagolható az a hátrány, amit a hidrogéngáz palack miatt kell elviselni, az ilyen jármű nem veheti igénybe a zárt garázsokat. Miután ezek a megoldandó problémák felvetődtek az üzemanyagcellás járművel kapcsolatban, két nagy autógyár feltalálói szellemes megoldással rukkoltak ki válaszul. Megépítettek egy A2 típusú Mercedes kisautót, amelynek a tankjába

5 5 metilalkoholt kell tölteni. A Brussels-EUREKA találmányi szalonon két éve alkalmam volt ezt zsűrizni. Mit is tapasztaltam? A padlólemez alá egy diplomata táska méretű kémiai üzem került, amelyben a metilalkoholból hidrogén és szénmonoxid képződik. Ez utóbbit rögtön széndioxiddá égetik el, mert a hőre szükség van a metilalkohol bontásánál. A keletkezett hidrogén az üzemanyagcellába kerül, és minden úgy működik, mint a hidrogénes autónál. A folyamatokat tökéletesen összehangolták, a jármű pont ugyanúgy futott, mint a benzines testvérkéje, de sajnos ugyanúgy széndioxidot is kibocsátott víz kipufogása mellett. Megjegyzem, hogy a metilalkohol kőszénből és vízből előállítható, így ez a megoldás nem igényel hatalmas elektromos energiát. Végezetül szólni kell a villanymotor hajtotta járművek egy ma még kissé néma hátrányáról. A villanymotor működése együtt jár alacsonyfrekvenciás mágneses tér jelenlétével. Mostanában egyre ismertebbé válik, hogy az ilyen tér, amely természeténél fogva leárnyékolhatatlan, igen káros az egészségre. Minél nagyobb energiát igényel egy villanymotor, vagy minél közelebb vagyunk hozzá, a károsító hatása annál nagyobb. Itt tehát az újabb megoldandó probléma, benzin és villanymotor nélküli jármű megalkotása. A járműveket ember (kerékpár), állat (szekér) szél (vitorlás hajó) majd 1787-től különféle erőgépek, időrendben gőzgép, villanymotor, benzin, dieselolaj, földgáz és hidrogén üzemű hőerőgép, majd rakéta mozgatja. Járműveink elszaporodásával a közlekedés energia igénye folyton növekszik, és az okozott környezetkárosítás (káros égéstermékek kibocsátása, veszélyes mágneses tér kialakulása) egyre jelentősebbé válik. Találmányok százezrei szolgálnak ezen a területen a fajlagos energiafelhasználás és az ártalom csökkentésére. Az elmúlt években megvalósíthatóvá vált a járművek légmotoros hajtása. E megoldás különleges előnye, hogy a közlekedésnél semmilyen káros anyag nem kerül a környezetbe. A légmotor egy olyan erőgép, amelyben a sűrített levegő normál nyomásra történő kitágulása végez munkát. Ez történhet egy dugattyús motorban, vagy turbinában. A közlekedésnél az első légmotort egy fegyvernél használták. Luppis János magyar fregattkapitány 1860-ban feltalálta az olyan torpedót, amelyben sűrített levegő légmotor segítségével forgatta a hajócsavart, és hajtotta a víz alatt ezt az egyszer használatos eszközt gyilkos terhével. A sűrített levegőt magában a torpadóban tárolták, amely a nagy nyomás elviselésére vastag acéllemezből készült, ezért a súlya tekintélyes volt, ami kellett a nagyobb romboló hatáshoz. A helyhez kötött légmotorok alkalmazása napjainkra széles körben elterjedt. Elég, ha itt példaként a gépkocsi-gyárak futószalagjai mellet serénykedő munkások légmotorral üzemelő szerszámaira utalunk, vagy emlékezünk fogorvosunk kezében sivító fúróra, amely percenként több mint et fordul, miközben a kiáramló levegő még vizet is permetez fogainkra. E légmotorokhoz a szükséges energiát az alkalmazásuk helyén előállított, és az eszközhöz csővezetéken oda juttatott 6 bár nyomású levegő biztosítja. A sűrített levegő formájában tárolt energia nagysága függ a levegő mennyiségétől, azaz a tartály térfogatától és a benne uralkodó nyomástól. Minél több energia tárolására azonos térfogat esetén nagyobb és nagyobb nyomáson kell a bezárt levegőnek lenni. Csak akkor lehet tehát ezt a megoldást a közlekedésnél alkalmazni, ha a tartály kis méretű, könnyű és minél nagyobb lehet a maximális üzemi nyomás

6 6 benne. Sűrített levegő tárolására napjainkig acélpalackok szolgáltak. Ezek súlya tekintélyes. Megoldással, mint sok más problémánál, erre is a haditechnika fejlesztése szolgált. A német Hoescht cég feltalálói 1959-ben megalkották a fém és műanyag összenövesztett úgynevezett kompozit-anyagokat. Később az Apolloprogramhoz a műanyagot szénszálakkal is erősítették, és így olyan könnyű palackokat gyártottak, amelyek 600 bar nyomást is kibírnak. Ezeket először a hadseregnél alkalmazták légző készülékekhez, majd a tűzoltóságnál is. Napjainkban már az ilyen tartályok bárki számára hozzáférhetővé váltak. Ez vezetett az általunk (Vedres András Gágyor János Szöllősi János) feltalált (P ; 2003.) alkalmazáshoz: a légmotoros kerékpár megépítéséhez (1. kép). 1. kép: Légmotoros kerékpár Egy kereskedelemben kapható kerékpár hátsó csomagtartójára hevederekkel erősítettük fel a légtartályt, amelynek térfogata 9 liter, üres súlya 4,2 kg. Benne 2700 liter normál nyomású levegő van 300 bar nyomásra sűrítve. Az ilyen formában tárolt energia megfelel egy szokványos gépkocsi akkumulátorban lévő elektromos energiának, csakhogy itt a súly fele akkora. Ez a légpalack biztonságos, az USA hadseregének tesztje szerint 200 méter távolságról egy M24-es karabély lövését is kiállja. A palackhoz nyomáscsökkentő szelep csatlakozik, amely 6 bar nyomáson engedi kiáramlani a levegőt, ami vékony műanyag vezetéken és szabályozó szelepen át a légmotorhoz jut. A kerékpáron az összes változtatása annyi, hogy az első kerekét, úgy, mint a kerékpároknál a hátsó hajtott kereket, szabadonfutóval láttuk el. Ehhez műanyag fogaskerekek segítségével csatlakozik a légmotor. Ez a motor úgynevezett szárnyas légmotor, a Wankel-motorokhoz hasonló működésű. Percenként maximálisan fordulaton járhat, a beépített áttétel azt 350-re csökkenti, a nyomatéka magas (11 Nm), a maximális teljesítmény 190 Watt. Rendkívül kis mérete és könnyű súlya (0,7 kg) ellenére átlagosan annyi munkát végezhet, mint egy pedálozó ember. Ha ezt a kerékpárt csak motoros üzemben használjuk, akkor a hatótávolsága 5 km, az elérhető maximális sebesség 20 km/ó. Persze ez segédmotoros kerékpár, ha csak segítségként kapcsoljuk a légmotort, például emelkedőkön, akkor km távolságra kényelmesen túrázhatunk vele. Nagyobb űrméretű kompozit anyagból készített légtartály is hozzáférhetővé vált. Guy Negré luxemburgi mérnök, aki a Forma 1 versenyautókkal foglalkozott, feltalálta (1991) a légautót. Annál dugattyús légmotort alkalmazott. A kísérletekhez átalakított egy Citroen AX típusú autót. A légautó számos előnnyel rendelkezett. Gondoljuk

7 7 csak meg, nem kellett hűtő, gyújtás, kipufogó rendszer. A motor könnyebb mint a hagyományos, a dugattyúk minden második ütemben munkát végeznek, a szabályozás egyszerű. Nincs alapjáratú fogyasztás, nem kell önindító, a motor a légcsap kinyitásával azonnal indul. A légautó nem tűz és robbanásveszélyes. Olajkenésre azonban szükség van, a motor után hangtompítót is kell alkalmazni. A kedvező eredmények hatására az innováció felgyorsult, megalakult az MDI holding, székhelye Luxemburgban van. A légautógyár szerelő szalagjáról ebben az évben négyféle változatban gördülnek le ezek a járművek. Itt most bemutatom a mostanában piacra kerülő légautó taxi változatát (2. kép). A jármű alumínium csőalvázra üvegszálas poliészter karosszéria elemekből épül fel. A légtartályok a padlólemez alatt helyezkednek el, amelyekben 300 bar nyomáson liter levegő van. A motor 30 lőerőt teljesít, súlya 36 kg, amelyhez kétfokozatú automataváltó csatlakozik. Az elektromos rendszer igen korszerű, egyvezetékes, rádióhullám távirányítós kapcsolókkal működik. A jármű önsúlya 700 kilogramm. Hatótávolsága 60 km/órás sebességnél 240 km. Maximális sebessége 100 km/óra, az ára Euro. 2. kép: Légautó Az üzemeltetésről is kell szólni. A légautó tartájait a napi városi használat után otthon egy közepes teljesítményű, árammal működtetett légsűrítővel töltötték fel. A töltés időtartama 3 óra volt. Az elektromos áram költsége Németországban 100 km légautózáshoz 1,5 Euro volt. Itt jegyezzük meg, hogy egy hasonló adottságú benzines jármű üzemanyagköltsége ennek az ötszöröse, 7,5 Euro. A légmotoros kerékpár és a légautó rendelkezésünkre áll. Elterjedésük mindannyiunk érdeke, mert nem szennyezik a környezetet. Két dologra azonban szükség lesz. Először, kompresszor állomásokat kell létesíteni a benzinkutaknál. Akkor a központi, nagy sűrített levegő tartályból a tankolás, a sűrített levegő áttöltése a járműbe csak perceket vesz majd igénybe. Másodszor, a sűrített levegő előállítására szolgáló elektromos energiát széndioxid kibocsátás nélkül működő erőművekben szabad csak termelni. Ha mindez teljesül, akkor az üvegházhatás csak a kertészetekben fog érvényesülni. /Ez a dolgozat A környezeti kockázatok egységes értelmezése című nemzetközi műhelymegbeszélésre (2003. december 8-9.) készült/