National Geographic Magyarország

A Dél-Franciaországban épült monumentális napkemence 3500 Celsius-fokot meghaladó hőmérsékletet is képes előállítani, kivételes hatékonysága mellett pedig másik nagy előnye, hogy működtetésének nincs semmiféle szennyező hatása.

Ámuldozva mustráljuk az ősz színeiben pompázó tájat, miközben felfelé kacskaringózunk a Kelet-Pireneusok lankáin. Október közepe van, verőfényes napsütés, ami az év valamennyi napjából háromszázra jellemző ezen a vidéken. A SolarButterfly csapatával Európa legnagyobb napkohója felé tartunk, mely az 1535 méter magasan fekvő Font-Romeu-Odeillo-Via település szomszédságában található.

„Micsoda szépséges szörnyeteg!” – konstatálom hüledezve, mikor megpillantom a távolban azt a homorú óriást, amit parabolatükörnek hívnak. A több mint 9000, sakktábla nagyságú konkáv tükörből álló létesítmény azonban csak a napkemence egyik része: ahogy egyre közelebb érünk, a parabolatükörrel szemben elhelyezkedő hegyoldal teraszos lejtőjén sorakozó heliosztátok is a látóterünkbe kerülnek. Megérkeztünk.
Mélyeket szippantunk a hűvös levegőből, miközben a homorú épület felé sétálunk, s én egyre inkább azt érzem, hogy zsugorodom.

De még mielőtt képzeletben túlságosan összemennék, az egymással szemben álló tükörsokaság között megjelenik Emmanuel Guillot, a Francia Nemzeti Tudományos Kutatási Központ PROMES (PROcédés Matériaux et Energie Solaire) laboratóriumának igazgatóhelyettese, s csodálkozó reakciónkat megmosolyogva, lelkesen fogadja. Guillot, aki immár húsz éve erősíti a koncentrált napenergia kiaknázásának módjait kutató PROMES csapatát, bemelegítésként a metódus múltjáról és az odeillói napkohó történetéről mesél nekünk, miközben körbevezet minket a terepen.

A futurisztikus külső egy régi alapelvre épül
A napenergiában rejlő lehetőségeket már időszámításunk előtt felfedezték és alkalmazták; az első üvegházakat például a Római Birodalomban készítették, az ókori görögök pedig üvegvázákkal vagy homorú tükrökkel fókuszált naphőt használtak a szent tüzek meggyújtására és a sebek kiégetésére.

A mitológia szerint a nagy görög tudós, Arkhimédész egy tükrökből álló „napkályhával” verte vissza a második pun háborúban a Szirakúzára támadó római hajókat. A Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) kutatói több kísérletet is végeztek ennek az elméletnek a tesztelésére, és arra a következtetésre jutottak, hogy bár mozdulatlan tárgyak esetében helytálló a teória, a tükrök valószínűleg nem lettek volna képesek elegendő napenergiát koncentrálni ahhoz, hogy harci körülmények között egy egész hajóflottát lángra lobbantsanak.

A feltételezések szerint az ókori egyiptomiak és a kelták is üveglencséket használtak a napenergia fókuszálására, a Svédország területén talált, őrölt hegyikristályból készült Visby-lencsék pedig a 11-12. században élő vikingek kifinomult lencsekészítési technikáiról tanúskodnak – egy olyan korban, amikor a tudósok éppen csak kezdték feltárni a fénytörés törvényeit. A régészek szerint ezeket a lencséket ékszerként, olvasókőként, teleszkóp részeként, valamint tűzgyújtó eszközként alkalmazták.

Később, a 18. században Antoine de Lavoisier francia vegyész, a modern kémia úttörőinek egyike – aki elsőként hívta fel a figyelmet a hagyományos energiaforrások készleteinek végességére –, egy olyan napkemencét készített folyékony lencsék felhasználásával, amely képes volt 1800 °C hőmérsékletet is előállítani. Ezt tartják az első modern napkályhák prototípusának, amelyet az ipari forradalom során számos további vívmány követett. Az 1878. évi Párizsi Világkiállításon aztán egy Augustin Mouchot nevű matematikaprofesszor bemutatott egy 20 m² felületű napkoncentrátort, amiért aranyéremmel jutalmazták, és innentől kezdve nem volt megállás a napenergia-koncentrálás hatékonyságának fejlesztésében.

„Az odeillói napkohó elődjét 1949-ben, az innen tíz kilométerre fekvő Mont-Louis erőd mellett építtette egy Félix Trombe nevű, ritkaföldfémeket kutató vegyész és fizikus, miután a Francia Tudományos Kutatási Központ (CNRS) megbízta egy kísérleti napkohó felállításával. Később Henri Vicariot építészmérnököt kérték fel, hogy az 50 kW teljesítményű prototípus mintájára építse meg Odeillóban a világ legnagyobb napkályháját. A kutatók azért a Keleti-Pireneusokat választották a leendő napkohó otthonául, mert itt különösen tiszta az égbolt és a légkör, így a napsugarak összegyűjtése akadálytalanul mehetett végbe” – magyarázza Guillot. A munkálatok 1961-ben kezdődtek meg, nyolc évvel később pedig a Francia Nemzeti Tudományos Kutatóközpont PROMES laboratóriuma megnyitotta a 48 méter magas, 54 méter széles, mintegy tízezer homorú tükörből és 63 heliosztátból álló, napkohót, melynek csúcsteljesítménye 1000 kWth. Ennek máig egyetlen, hasonlóan nagy kapacitású és termetű vetélytársát, a Fizika és Nap nevű komplexumot a ‘80-as években Üzbegisztánban hozták létre S. A. Asimov szovjet akadémikus ösztönzésére.

Bár a tudomány és a technológia rengeteget fejlődött az évezredek alatt, a napsugarak koncentrálásával történő hőenergia-termelés ma is ugyanazon az elven alapul, mint az ókori, kezdetleges megoldásoké.

A tükrök képesek tízezerszeresére koncentrálni a Nap hőjét
Miután belépünk a parabolatükör mögötti iroda- és laborépületbe, hogy felliftezzünk a negyedik emeletre és egy másik perspektívából is szemügyre vegyük a napkohót, Guillot az egyik ablakhoz invitál minket. A kezünket az ablak pereméhez tartva érezzük a falak mentén felfelé áramló meleg levegőt. Úgy tűnik, a laboratórium megfelelő mértékű fűtését sem bízták a véletlenre: az épület tájolása és kialakítása lehetővé teszi a passzív napenergia-hasznosítást egy szintén ősidők óta alkalmazott hatékony eljárás, az üvegházhatás kiaknázása által.

Két perc múlva már a parabolatükrök mögött sétálunk, ahol Guillot beavat minket a naphő koncentrálásának mikéntjébe.

Mint megtudjuk, a napfényt közvetlenül villamos energiává alakító fotovoltaikus panelektől eltérően a napkemence heliosztátoknak nevezett gyűjtőtükröket használ arra, hogy az általuk felfogott napsugarakat egy kis területre összpontosítsa.

A heliosztátmező tehát, melyet az odeillói napkohóban mintegy 12 ezer síktükör alkot, a napsugarak koncentrálásának folyamatában az első állomás. „Azáltal, hogy függőleges és vízszintes tengelyük mentén is mozgathatók, a heliosztátok képesek követni a Nap járását – akárcsak a napraforgók. Irányításuk hidraulikus meghajtással, automatikusan megy végbe, amit egy számítógép vezérel. A síktükrök felületéről a rögzített parabolatükörre párhuzamosan érkező fénysugarakat a homorú tükrök úgy verik vissza, hogy azok mind ugyanazon a ponton haladnak át. Ez a fókuszpont valójában egy 40 cm átmérőjű terület, mely 17,5 méterrel a parabolatükör előtt található, annak a húsz méter magas toronynak a tetején, amelyben a napkályha vezérlőszobája és kísérleti berendezése is helyet kapott” – mutat Guillot a parabolatükör árnyékában álló építményre.

A fókuszpontban koncentrálódó fénysugarakkal – a tükrök pozíciójától függően – pillanatok alatt akár 3500 °C-ot meghaladó hőmérséklet is generálható, e teljesítmény révén pedig a napkohó nemcsak nagy mennyiségű tiszta energia létrehozását, de extrém magas hőmérsékletű anyagok előállítását, acél vagy beton olvasztását, valamint a különböző anyagoknak a hirtelen hőmérséklet-változással szembeni ellenálló képességének tanulmányozását is lehetővé teszi. A PROMES-CNRS laboratóriumban e tevékenységeket elsősorban űreszközök tesztelése és fejlesztése érdekében végzik a kutatók. Emellett az energiatárolásnak, a villamosenergia-termelésnek, alternatív üzemanyagok (pl. hidrogén) termokémiai előállításának, valamint ipari folyamatok átalakításának lehetséges módjait vizsgálják a napsugarak koncentrálása révén.

Ami pedig a kereskedelmi célú villamosenergia-termelést illeti, azt az Odeillótól néhány kilométerre, Targassonne település közelében elhelyezkedő 2500 kW teljesítményű erőmű, a Thémis naptorony végzi, mégpedig úgy, hogy a napsugarak fókuszálásával gőzt állít elő, gőzturbinái pedig egy generátort meghajtva elektromos áramot fejlesztenek.

Hogy egy kis ízelítőt adjon a laboratórium falai mögött zajló kísérletek folyamatából, Guillot bevisz minket abba a terembe, melynek egy elkülönített részében található a szintén kísérleti céllal kialakított „kisnapkohó” gyújtópontja, majd azt mondja: „Most jön a ráadás: gránitot fogunk olvasztani.”

És ehhez a mutatványhoz elegendő „mindössze” 600-700 Celsius-fok. Guillot egy szórófejes flakonból vizet fecskendezve fedi fel a kiskohó fókuszpontját, melyhez ezután egy farudat érint, ami pillanatok alatt lángra is kap.

S mialatt gránitkavicsunk új köpenybe öltözik, a szakembert a napkohó maximális teljesítményéről faggatjuk. „A CNRS napkohó kiterjedt kapacitása egyfelől a tükrök optikai minőségének, másfelől a heliosztátmező vezérlőrendszerének, a felhős vagy szeles időben is kiváló nyomkövetési teljesítménynek, valamint a rendelkezésre álló célzási stratégiák rugalmasságának köszönhető” – magyarázza Guillot. A napkohó csúcsteljesítménye 1000 kW, és amellett, hogy igen intenzív energiaforrás, másik előnye, hogy működtetésének nincs semmiféle szennyező hatása. Ráadásul a karbantartása sem egy macerás procedúra – a természet ugyanis a tükrök tisztán tartásába is besegít.

„Itt, a hegyekben nagyon tiszta a levegő, így nem sok szennyeződés rakódik le a tükrökön, az időnként a Szahara felől jövő port pedig lemossa az eső és a hó. Az elmúlt húsz év alatt, mióta itt dolgozom, egyetlen alkalommal volt szükség néhány heliosztát tisztítására a csapadékhiány miatt. A parabolatükör majd’ tízezer kis tükréből eddig hetet kellett lecserélni egy-egy vihar vagy valamilyen kísérlet okozta sérülés miatt, a heliosztátok 12 ezer tükréből pedig évente nagyjából ötvenet cserélünk le, többnyire hevesebb szélmozgások során keletkezett repedések, sérülések miatt.”

Fényes jövő áll a napenergia-hasznosítás előtt
A NASA műholdas mérései szerint a Föld légkörének legfelső rétegét közvetlenül érő napenergia átlagos intenzitása négyzetméterenként körülbelül 1360 watt. (Összehasonlításképpen: egy izzólámpa 40-100 wattot, míg egy mikrohullámú sütő körülbelül 1000 wattot fogyaszt.) Ha ezt az energiamennyiséget egy órán át gyűjtögetnénk, hogy hasznosítsuk, akkor annyi tiszta energiát tudnánk termelni, ami elegendő lenne egy hűtőszekrény egész napon át történő működtetéséhez.

Egy kicsit nagyobb léptékben gondolkodva „biztató tény, hogy az évente a Földre jutó napenergia körülbelül 7000-szerese az emberiség által elfogyasztott napenergia mennyiségének. És bár ennek az energiatömegnek nagyjából az egyharmadát a földfelszín visszaveri, egy részét pedig elnyeli a légkör, még így is annyi folyamatosan megújuló energiához jutnánk csupán a napenergia kiaknázásával, ami elméletben korlátlan időre kielégítené a Föld lakosságának energiaigényét” – magyarázza Emmanul Guillot, majd hozzáteszi: „Ígéretes jövő áll a napenergia-hasznosítás előtt, hiszen mind a napfény, mind a naphő kiapadhatatlan erőforrások. Rajtunk múlik, hogy egy fenntartható élet megteremtése érdekében hajlandóak és képesek vagyunk-e azt hatékonyan és gazdaságosan átalakítani.”

#odeillo #pireneusok