GÁBOR DÉNES-DÍJAZOTTAK KLUBJÁNAK NYÍLT KLUBNAPJA
2015. november 06. péntek, 18 óra, Makadám Mérnök Klub
A klubnapot Darvas Ferenc a klub elnöke egyúttal az est házigazdája, és Kovács Kálmán a BME docense nyitotta meg.
Kovács Kálmán – korábbi IT technológiai miniszter, a Magyar Űrkutatási Tanács vezetője -, a hazai űrkutatás történetét felvázolva rámutatott, a csillagászat korábban a társadalom működtetését segítette.
A csillagok látszólagos mozgásának felderítése, kapcsolódva az évszakok, az időjárás törvényszerűségeinek megértéséhez, a mindennapok életvitelét, a megélhetést szolgálta. A csillagok felé fordulás, a csillagok állásából kiindulva a jövő kutatását is magában foglalta egyfajta előre-vetítéssel, így segítve életünk megértését. A mai űrkutatás is a társadalom működtetésének lehetőségeit vizsgálja, de már az űrdimenzió felhasználásával.
A távközlés, adatátvitel, műsorszórás, Föld-megfigyelés, időjárási-környezeti, s egyéb űrbéli megfigyelések erre irányulnak. A hagyományos megfigyelések az űrbéli környezetben lefolytatva új felfedezésekre vezetnek az új anyagszerkezetek, új tulajdonságú anyagok megismerésével. A csillagászat ily módon a múlt folyamatainak megismerésével a Föld és a világegyetem jövőjét igyekszik megjósolni. Az idők során a megfigyelési technológia minősége és módszertana változott, céljai változatlanok.
A magyar tudomány kiváló embereket adott a magyar űrtevékenység megindításához. Fényi Gyula az előző század ’20-as éveiben külföldön a legismertebb magyar kutatónak számított. Harminckét éven át vizsgálta kalocsai megfigyelőpontjáról a napkitöréseket, hozzá fűződik a kitörések révén kiáramló anyag sebességének megmérése is. Kármán Tódor és az utána következők neve már ismerősebb.
A világ a modern űrkutatás kezdetét az első sikeres műhold, a szputnyik 1957-es fellövéséhez köti.
Mi magyarok a magyar űrkutatás időszakát egy korábbi időponttól, Bay Zoltán 1946-os, sikeres Hold-radar kísérletétől számítjuk!
Fontos időpont számunkra az Interkozmosz programba való 1967-es belépés, ezzel a nemzetközi együttműködés megindulása. Látványos eredménye az első magyar űrhajós, Farkas Bertalan űrutazása.
Ebben a misszióban olyan kísérletek zajlottak, melyek alapját jelentik napjaink vonatkozó tudományos tevékenységének. A sugárzási kitettséget mérő doziméter előfutára is innen eredeztethető.
Az Interkozmosz együttműködés a hidegháború idején katona-politikai és állambiztonsági űrszövetségi megfontolásokra épült, ez a rendszerváltás után, a Varsói Szerződésből való kilépésünkkel megszűnt.
A tudományos együttműködés szintjén maradtak kapcsolatok, de az államközi megállapodásokon nyugvó kooperáció megszűnt. A meglévő, kiváló felkészültségű magyar kutatógárda és a prototípus gyártásban jártasságot szerző mérnöki közösség fennmaradt, de nem állt rendelkezésre ipari háttér, megszűnt a korábbi megrendelői kör. Ebben a helyzetben a tudományért felelős miniszter, Pungor Ernő irányításával nemzetközi mintára átalakították a magyar űrkutatás szervezetét, működtetését, s állami intézményi hátterét.
Létrejött a műszaki témákat kezelő Magyar Űrkutatási Iroda, továbbá a stratégiai kérdésekben (űrkutatási programok, nemzetközi együttműködés) döntő Magyar Űrkutatási Tanács (elnöke 12 évig K.K.), és az Űrkutatási Tudományos Tanács, amely tudományos kérdésekben, pl. nemzetközi kutatóhely-pályázatok kérdésében hozott szakmai döntéseket.
A ’90-es években a kutatás a piacon elérhető, megvásárolt adatokra épült. A világon mindenütt megkezdődött az űrkutatás piaci szintű (geográfiai) értékeinek felhasználása. Mobil-, és tv-szolgáltatók indultak. Ebben az időszakban a szakterületen működő magyar kisvállalkozások közvetlen támogatás nélkül is nagyon eredményesen tudtak fellépni, figyelmüket kisebb méretű megoldásokra összpontosítva, nagyon eredményesek voltak. Közéjük tartozik a BHE Bonn Hungary Kft. is, űrtechnológiai igazgatója a 2014-ben Gábor Dénes Díjjal kitüntetett Solymosi János. (Indiai űripar, robotrepülőgépek.)
A mai hazai űrkutatás legnagyobb jelentőségű eseménye a 2015. november 4-én bekövetkezett felvételünk.
A rendszerváltás utáni időszak legnagyobb eredményeként könyvelhetjük el a MASAT magyar műhold létrehozását és eredményes működését. Előállítottunk egy teljesen kész, felbocsátásra alkalmas űreszközt, amely teljes keringési időtartama alatt hibátlanul működött. A benne lévő rendszerek (energia-ellátó rendszer, fedélzeti számítógép, adatgyűjtő rendszer, kommunikációs rendszer, stb.) a korábbi idők eredményes kísérleteinek összegzését jelenti. A kitartó kutatómunka olyan eredményén alapult, mint pl. a Rosetta programban is használt magyar eszközök. A MASAT programot vezető Gschwindt András irányításával már 25 évvel korábban is készültek eszközök a VEGA nemzetközi űrprogram számára…
A szakterület további fellendítésére 2014-ben elindult a H-Space, az első nemzetközi kutatási, technológiai és képzési-oktatási konferencia sorozat.
Az Interkozmosz sorozat munkáiba egykor fiatalon bekapcsolódó kutatók alkotják ma a magyar kutatás derékhadát. A mai fiatal szakemberek bekapcsolódására hasonló lehetőséget kínál most induló ESA tagságunk. Nekik szól a nemzetközi részvétellel (NASA, ESA) zajló H-Space konferencia-sorozat, középiskolások és egyetemisták részvételére számítva. Legyenek ők a jövő magyar űrkutatói, űrmérnökei, tartsuk fenn Magyarország kedvező elismertségét az űrszakmában.
Kovács Kálmán prezentációja.
Apáthy István – az MTA űrkutatási csoportjának nyugalmazott vezetője -, „Az űrkutatás 45 éve az MTA Energiatudományi Kutatóközpontban„ címmel tartott előadást, áttekintve a KFKI (egykori Központi Fizikai Kutatóintézet, utóda a Wigner Fizikai Kutatóközpont) idevágó történetét kezdetektől napjainkig.
A KFKI reaktor-energetikai csoportján belül alakult meg 45 évvel ezelőtt az az űrtechnológiai csoport, ahol elsőként állítottak elő magyar űreszközt. Az űrbe juttatott magyar eszközök kb. 85%-a itt, ill. utódszervezeténél készült.
A kutatómunka a mikrometeorit kutatással kezdődött. Ezek a mikron nagyságú porszemcsék a naprendszer ős-anyagának maradványai, belőlük állt össze egykor minden bolygó.
A KFKI kutató-reaktoránál alkalmazott, un. aktivizációs módszer segítségével nagyon kis mennyiségű anyag-mennyiségek összetételét is meg lehet állapítani. A TANYA nevű passzív mikrometeorit csapda jelentette a kiindulást, ezt a magyar eszközt két geofizikai rakétánál is alkalmazták, valamint egy visszatérő Interkozmosz műholdnál 1972-ben. Ugyanezen technikával vizsgálták a KFKI-ban a Luna-16 által gyűjtött, s visszahozott holdkőzet-mintákat. Ebből az anyagból kizárólag a magyar kutatók kaptak mintát.
Az itt működő hazai kutatók dolgozták ki a műholdon is működőképes mikrometeorit mérőberendezést; nemzetközi együttműködés jött létre a moszvai Geokémiai és Analitikai-Kémiai Intézettel és csillagvizsgáló intézettel, ők készítették a detektorokat, a magyarok pedig az elektronikus egységet. Erre a feladatra alakult idehaza az űrelektronikai csoport, alapját a BME-n működő rakétatechnikai elektronikával foglalkozó diákkör jelentette.
Nagy megbízhatóságú vizsgálóeszközöket hoztak létre, s kidolgozták az űrben is helytálló technológiát, különös tekintettel a vibrációs-, és hő-terhelésre. A rakétaüzem során akár 100 g-s terhelés is érheti az alkatrészeket! Minden eszközhöz földi vizsgáló-berendezés is tartozik, amellyel szimulálhatók az űrbéli kapcsolódások. Az első fellövésre 1974-ben került sor a magyar fejlesztéssel a fedélzeten.
A ’70-es évek végétől alakult ki a világszintet jelentő kapcsolat, kialakult a munkakapcsolat az MTA soproni kutatóintézetével, ill. együttműködés jött létre a Szovjet Tudományos Akadémia Űrkutató Intézetével (IKI).
A hosszú távú közös tevékenység a Napból érkező töltött-részecskék (hidrogén és hélium ionok) kutatása mentén zajlott. 1978-ban készült el az első elektronikus egység a közösen épülő detektorhoz, amely a Prognoz-7 műholdon végzett fedélzeti kiértékelést. Ezt a technikát alkalmazták később az ionoszférát vizsgáló geofizikai rakétákon, felhasználva a kisértékű áramok reaktor-technikára kidolgozott mérési módszerét, a bolygóközi térben a Nap-szelet és annak kölcsönhatásait is ezzel mérték a VEGA űrszondákon. Ezzel a munkával szerezte meg máig tartó nemzetközi hírnevét és keresettségét a magyar űrkutatás.
A hazai kutatók által kialakított legbonyolultabb, legmegbízhatóbb berendezés a PLAZMAG üstökös-, és napszél-mérő, amely BME és holland együttműködéssel készült. A ’80-as évek marsi Phobos szondáin is elhelyezték, ahol komoly sikert aratva működött.
A ’90-es években kezdődött a Rosetta bolygóközi szonda projektje, 2004-ben indították az űrbe, 2014-ben ért kiszemelt céljához, egy 500 millió kilométerre lévő üstököshöz. A leszállóegység tápellátása, a fedélzeti számítógép és két mérőműszer magyar fejlesztés volt a szondán.
A Földre jutó Nap-eredetű kozmikus sugárzás mérése komoly, az űrhajósok sugárterhelését komolyan érintő feladat. A bolygó felszínén ez a terhelés csekély értékű, de a Föld körül 500 km magasságban kialakult erős sugárzási öv kihívást jelent, a lehető legrövidebb idő alatt túl kell jutni rajta. Az űrhajósok szakmai életpályáját a működésük során kapott egyéni sugárterhelés összege határolja. Az űrmunka folyamán összesen 3-5%-nyi sugár-sérülést engednek meg az egészségügyi tapasztalatok (ez jóval meghaladja a földi nukleáris iparban megszabott értéket). A határérték elérése után az űrhajós nem repülhet többet, pedig az összegyűlt tapasztalat, a kiképzésre fordított költség a munka folytatását indokolná. (A terhelés kritikussá válhat, ha űrrepülés közben váratlan napkitörés történik, ilyenkor védettebb helyre, általában a blokkoló egységbe küldik az űrhajósokat.)
A sugárzásmérés egyik egyszerű eszköze kis, passzív kristályokkal működik. Sugárzás hatására a kristályok belső energia-állapota megváltozik, a változás adatait összegzik, eltárolják, kiértékeléskor a kristályokat felmelegítik, ilyenkor fényt bocsátanak ki, amelynek erőssége arányos az eltárolt sugárzással. Ezt a fajta kiértékelést nagyméretű laboratóriumi eszközzel tudják elvégezni.
A repülés közbeni kiértékeléshez könnyebb eszközre volt szükség, erre dolgozták ki a magyar PILLE berendezést, melyet első menetben a Szaljut-7 és a MIR űrállomáson használtak.
Modernebb, mikroprocesszor vezérlésű változata a ’90-es években készült el, melyet végül NASA küldetésekben is felhasználtak, 2001-ben egy NASA űrsiklón, 2003-ban pedig orosz projektben jutott fel az űrbe. Nagy elismerést jelent a magyar fejlesztésnek, hogy az un. „szolgálati” berendezések közé sorolták be a szerkezetet, azaz a repülés legfontosabb mag-eszközeinek biztonságos sorába illeszthetőnek tekintik. Űrsétánál is csak ezzel tudnak az űrhajósok járulékos dózist mérni, úgy az amerikaiak, mint az oroszok, kínaiak és mások, köztük Charles Simonyi is…
Léteznek másfajta dózismérők is, szilárdtest eszközökkel, ezek szerves polimer-lemezkéket tartalmaznak, amelyekben a neutronok és töltött részecskék nyomot hagynak. Ezeket a nyomokat a földön mikroszkóppal értékelik ki. Ilyenek berendezések is készülnek idehaza.
Apáthy István prezentációja.
Solymosi János – a Magyar Asztronautikai Társaság elnöke, a legnagyobb magyar űripari cég, a BHE Bonn-Hungary Kft. igazgatója – „Űrtechnológia, a hazai high-tech ipar egyik kitörési pontja„ címmel tartott előadást, „űriparos” megközelítésben.
Felvethető a kérdés, mi is fontos az országnak? Tudásalapú társadalmat építünk, van néhány iparág, ami kapcsolatba hozható ezzel. Vonatkozó statisztikát készítve, az derült ki, hogy 1 kg tömegre vetítve, az űrtechnológia 2.200-szor értékesebb terméket állít elő, mint az autóipar.
Magyarország most lett legális, teljes jogú tagja az Európai Űrügynökségnek (ESA), amelynek pályázati rendszere az űripar támogatását és finanszírozását szolgálja. Az országok a kutatás támogatására általában nemzeti űrprogramokat hoznak létre.
A szakterület támogatására jött létre a HATP (Magyar Repülés és Űrtechnológiai Platform). Tagjai egyetemi és akadémiai kutatóhelyek, űripari cégek, minden olyan hely, ahol valós űr-tapasztalat (space-heritage), s innovációs hajlam mutatkozik.
A HATP célja; világszínvonalú hazai termékfejlesztés, háttér biztosítása a hazai és nemzetközi űripari kooperáció számára. Közelebbről; űr-minősítésű fedélzeti és földi berendezések, műholdak, valamint kiszolgáló struktúra fejlesztése, az ESA programokban való részvétel támogatása.
A 2007-ben alapított non-profit szervezetnek nem lehet tagja viszonteladó, önkormányzat, politikai párt, de minden más érdeklődő, akár magánember is csatlakozhat. Irányító testületét az alapítók alkotják.
A szervezet felmérése szerint februárban, az ESA szerződés aláírásakor, a tagok körében 2586 mérnök-évnyi űr-tapasztalat gyűlt fel. A több évtizedes tevékenység során 121 űrprogramban vettek részt, 136 pályára állított űrberendezésben 856 saját termékkel szerepeltek.
A közelmúlt nagy sikere a Rosetta program; először szállt le egy üstökös magján ember alkotta szerkezet.
A projektben öt magyar berendezés is működött, teljes sikerrel, a (Bonn) magyar kft. világcégeket előzött meg a projektben való részvétellel. A cég gyártmánya, a korábbi Mars programban is alkalmazott különlegesen hibatűrő földi vevőberendezés is, amely 400 millió km távolságból ma is veszi a vörös bolygó körül keringő szonda jeleit. Ez az első magyar bolygóközi távközlési megoldás, egyben távolsági rekord is.
A Wigner Kutatóközpont számos űrberendezése közé tartozik az a nagyfeszültség-előállítást biztosító szerkezet, amely az űr különleges kihívásai közepette is nagy megbízhatósággal működött, többek között a Rosetta-ban is.
A BME űrtechnológiai csoportja elsősorban a fedélzeti energia-ellátó berendezések terén ér el kiemelkedő nemzetközi sikereket. Az üstökösön landoló Rosetta egység a pontatlan leérkezés miatt árnyékba került, így napelemei nem tudtak tölteni, az egység „feléledése„ nagy részben a magyar energia-ellátó berendezés érdeme.
Segítségével a landoló egység az „árnyékban” töltött idő alatt is gyűjtötte az adatokat, s újra napsütéshez jutva, a működés újraindulása után ezek letölthetővé váltak a földi fogadóállomás számára.
Az ELTE űrkutató csoportjában magas szintű elméleti űrkutatás során olyan algoritmusokat fejlesztettek, amelyekkel sikerül értelmezni a földi ionoszféra plazma-övezetének hullám-viselkedését. Kiépült egy világméretű földi monitor-hálózat, a gyűjtött adatok interneten érkeznek a budapesti központhoz kiértékelésre, a hazai kutatás most az így nyert felvételi adatok térbeli megjelenítését kívánja megoldani, elsőként a világon.
Távérzékelést szolgáló műszereik is repülnek űr-missziókban.
A négy fős kis cég, a BL-Electronics Kft. berendezései is több műholdon működnek.
A Happenis Kft. világszínvonalú olyan robot-technológiát állít elő, mely a nukleáris kutatásban, a gépiparban és más helyeken is megállja a helyét. Ők végezték a piszkéstetői csillagvizsgáló modernizálását, nagy-pontosságú hajtásvezérlését, az űr-fotózás felvételei élességéhez szükséges mozgáskompenzációt szállították. Ez a megoldás elengedhetetlen lesz egy jövőbeni magyar földi űrállomás vezérléséhez, kivitelezéséhez is.
A BHE Bonn Hungary Kft. rádiófrekvenciás és mikrohullámú rendszerek, megoldások fejlesztésével és gyártásával foglalkozik a mobil távközlés, a repülés és az űrtechnológia területén. Saját székhelye 11 ezer négyzetméter alapterülettel inkubátorháznak épült, technológiai helyiségekkel. Több technológiai cég bérel telephelyet a területen.
A BHE előállít intelligens robot-repülőgépet is, de készít műhold-fedélzeti berendezéseket, különös tekintettel a távérzékelő műholdak Ka-sávban (30-40 GHz) működő eszközeire. Kifinomult technikára van szükség, mivel ezek a műholdak a földi vevő előtti átvonulásuk pár perce alatt gigabájt mennyiségű adatot szolgáltatnak, speciális modulációval. Ez ma a csúcs-technika a világon, kiszolgáló berendezéseinek előállítására a BHE világszínvonalú céleszközökkel rendelkezik, saját CNC gépműhellyel, laborokkal és mikrohullámú „süket-szobával„, amivel az űrbéli körülményeket lehet szimulálni.
Két BHE műszer vesz részt az ISO (Infrared Space Observatory, Infravörös Űrmegfigyelés) Mars missziójában a Bangalore (India) mellett települt földi állomáson 32 méter átmérőjű 0,2-0,3 fok nyalábszélességű, nagy nyereségű óriás-antenna, ill. a tengerre telepített megfigyelőállomások imbolygó antennái nagy kihívást jelentenek a jelkövetésben, a kiszolgáló magyar műszerek jól teljesítenek. Ezek a munkák tették lehetővé az ESA deep-space rendszerébe való bekerülést. Egy holland űrtechnológiai cég nyerte el a fővállalkozói státust, ahol új technológiájú, szélessávú digitális vevőkészülék-családot fejlesztenek, az alkalmazott RF modult a BHE fejlesztette ki és szállítja földi állomások számára.
Az orosz indítású nemzetközi űrállomáson (ISS) tíz éve használják a magyar mikrohullámú erősítőt, megújuló fázisvezérelt antennarendszerének kiszolgálásán dolgoznak jelenleg a magyarok.
Csúcsszintű saját innovációjuk, a legkorszerűbb SOTE technológiával előállított, különlegesen tiszta frekvencia-spektrumú digitális modulátor már nyolc éve üzemel két műholdon. Segítségével a műhold kommunikációs csatorna kapacitása 30%-al növelhető, rövidesen teszteli az ESA is.
Összegezve: Magyarország csúcs-szintű műholdat bármikor képes lenne összeállítani, az országban ehhez minden tudás és technológia rendelkezésre áll, a beruházás a gazdasági szereplők révén nagyon hamar megtérülne.
Európában is vannak kis, 10-15 fős cégek, amelyek jól funkcionáló műholdakat készítenek, s kedvezően értékesítik.
Kiterjedt területű országokban, ahol nincs hagyományos távközlési struktúra, pl. Indiában, a nagy számban telepített meteorológiai állomásról az adatgyűjtésre kiválóan alkalmasak. A magyar űrszegmensnek (kutatás, fejlesztés, gyártás) igen komoly lehetőségei vannak az ESA-ban és azon kívül is.
Janáky Csaba – a Szegedi Tudományegyetem nemzetközi tapasztalatot szerzett kutatója – elektro-kémiával foglalkozik, a széndioxidból jó hatásfokkal előállítható oxigén kérdésével foglalkozik, eredményesen. Olyan katalizátort talált kutatótársaival, amely rendszerbe foglalva a feladat elektokémiai megoldását megkönnyíti.
A megoldás felkeltette a NASA érdeklődését, a munkacsoport támogatást nyert egy olyan elektrokémiai reaktor megépítésére, amelyet feltelepíthetnek a nemzetközi űrállomásra (ISS). A programban való együttműködésre rendszeresen utaznak ki magyar kutatók, hallgatók az USA-ba.
A kémia és az űrkutatás kapcsolódását tekintve; általában olyan vegyi kölcsönhatásokat érdemes az űrbéli körülmények között vizsgálni, amelyek jelentős módosulásokat hoznak létre, mint pl. a szinkro-gravitáció, vagy a kozmikus sugárzás. Ezek a körülmények ritkán mutatnak közvetlen ráhatást a kémiai reakciókra, de minden olyan reakció, amelyben akár a végfázis, akár a köztes termék új tulajdonságokat mutat, értéket jelent, pl. kristály-, vagy buborék-képződés. Ilyenkor a megváltozott paraméterek, a kémiai reakció visszahathat magára a kémia lényegére.
Minden olyan kémiai folyamat, ahol nem maga a kémia határozza meg a folyamat sebességét, hanem valamilyen anyagáramláshoz kötődő folyamat, az nagyon érdekes az űrkutatás szempontjából.
Különböző áramlásos kémiai folyamatok, gázképződéssel járó reakciók, különösen a robbanások, heves gázfejlődéssel járó reakciók, a gázt előállító-átalakító elektrokémiai reakciók, a kristályos fázist eredményező reakciók különösen érdekesek lehetnek.
A misszió keretében sok kémiai folyamatot vizsgáltak, de azért a NASA-nál jelenleg a kísérletek zöme fizikai és biológiai kutatásokra irányul, amelyek az űrállomásokon fenntartható élet szempontjából valóban nagy jelentőségűek.
A megváltozott paraméterek hatásának kutatása mellett, érdemes vizsgálni azokat a folyamatokat is, amelyek az űrállomáson, vagy egyéb űrutazás során fontosak lehetnek. A NASA a közelmúltban kiadott egy idevágó Fehér Könyvet, felmérve egy hosszabb űrutazás szükségleteit. Leírja, milyen oxigén, ivóvíz, élelmiszer és egyéb igényei, szükségletei vannak egy űrutazónak a földfelszínen és milyenek egy hosszabb űrutazáson. Az oxigén igény nem változik, a víz-, és élelmiszer szükséglet már más. Felmérték, mi az ami már ma is működőképes az űrállomáson, mi az aminek a lehetősége fennáll, s mi az, aminek megoldására jelenleg még ötlet sincs.
Kiemelt jelentőségű követelmény, hogy az oxigén 50%-nál nagyobb hatékonysággal visszanyerhető legyen a kilélegzett széndioxidból.
A NASA kiemelt kutatási vonalát jelentik a ruhába épített gyors reagálású, vizuális jelzést adó gáz, szivárgás, stb. érzékelők.
A széndioxid átalakításán túl jelentős kérdés, mit lehet kezdeni a karbamiddal, de hosszabb űrút során fedélzeti laboratóriumra is szükség lehet gyógyszerek helyi szintetizálásához.
A nemzetközi űrállomáson most is működik technológia a széndioxid átalakítására és az oxigén visszanyerésére, amely a Sabatier-reakción alapul. Ennek során vizet bontanak el elektrolízissel, a kapott hidrogént a kilélegzett széndioxiddal reagáltatják, a folyamathoz azonban többlet-hidrogénra is szükség van, ezt tartályokban tárolják az űrállomáson. Víz és metán keletkezik, a metánt kiengedik, a víz pedig újra elbontható. A rendszer 40-45% hatékonysággal működik.
A NASA célkitűzése a folyamat 75%-os hatékonysága. Számításuk szerint, a jelenleg elérhető technológiával a Mars kb. 8 hónap űrutazással érhető el. Amennyiben csak ezt az egy technológiai váltást meg lehetne ejteni, akkor
1 hónappal rövidebb lehetne ez az út.
A Mars légkörének 96%-a széndioxid. Helyi oxigén, vagy bármely széntartalmú vegyület, pl. tüzelőanyag, élelmiszer, szerkezeti anyag, stb., előállítására ez az egyetlen forrás a Marson. A szén azonban nagyon oxidált formában van ezekben jelen, ha redukált terméket akarunk kapni, ehhez elektronra van szükség valahonnan.
Gyakorlati forrás a napfény, amiből napelemekkel termelt elektromos áram segítségével, vagy közvetlen foto-elektrokémiai módszerekkel átalakítható a széndioxid.
A napfényből nyert széndioxid előállítás három útja tehát;
- Napelemmel
- Foto-elektrokémia útján
- Mesterséges foto-szintézissel
A kihívást az jelenti, hogy a széndioxid átalakításakor nagyon sokféle termék keletkezik. Egy kiválasztott termék létrehozásához jól megválasztott katalizátorokra van szükség, mert ezeknek a termékeknek a redoxi-potenciálja, oxigén-felszabadító képessége csak kis mértékben különbözik. Elektrokémiailag nagyon nehéz különbséget tenni az egyes termékek képződésekor. Emellett parazita termékként hidrogén is fejlődik, a folyamat hasonló potenciálú.
A katalizátorok előállítása mindezek miatt komoly kihívás. Nagy fajlagos felülettel kell rendelkezniük, szelektív érzékenységgel, nagy elektrokémiai-, és hőstabilitással.
A két élenjáró konstrukció;
- Polimer-elektrolit membrános cellák:
egy membrán biztosítja a proton-vezetést, a katód térbe vezetik be a széndioxidot, az anódfélbe a vizet, megtörténik a víz oxidációja és a széndioxid redukciója, oxigén és valamilyen redukciós termék (a katalizátortól függően szénmonoxid, hangyasav, metilalkohol, metán) jön létre a két kimeneten. A technológia előnye a sokféle redukciós termék, melyek közül válogatni lehet, szükségletünk szerint. A módszer hatékony működésén még dolgoznak a kutatók.
- Szilárd oxid elektrolizáló cellák:
Folyadékot nem tartalmazó megoldás; cirkónium-oxid, vagy más oxid-ionos vezetésű anyaggal a katódtérben közvetlenül redukáljuk a széndioxidot szénmonoxiddá. A redukció közvetlenül a katódtérben történik, az átmenő oxid-ionok oxidációja az anódoldalon zajlik, s a kimeneten oxigént kapunk. A módszer sokkal szelektívebb az előzőnél, de a termékek száma sokkal szűkebb. Ezek a cellák nagyon magas hőmérsékleten, 200° C-on működnek, míg az előző szobahőmérsékleten.
Amennyiben nem akarunk különálló napelemet, olyan elektródot választunk, amely két funkciót tölt be egyszerre.
A félvezető elektród megvilágításával elektron lyukpárokat tudunk előállítani, az így generált foto-elektronokat nem különítjük el egy áramkörben, hanem közvetlenül fogjuk munkára, a széndioxid redukálására.
Szegeden ilyen foto-elektronikai, kémiai módszerek kialakításával foglalkoznak, az MTA támogatásával a Lendület program keretében. Olyan félvezetőket, fotoelektródokat keresnek, amelyek megfelelnek a fenti feltételeknek a jól működő rendszerek eléréséhez. Az eredmények nem maradnak el, az elmúlt 2 év nemzetközi publikáció ezt bizonyítják. Az amerikai csoporttal együttműködve olyan rézoxid-alapú, nano-szálakból álló szerkezeteket állítottak elő, amelyek megvilágítás hatására a kívánt reakciót mutatják. 95%-os szelektivitással metanolt sikerült előállítani a széndioxidból, nagy érdeklődést keltve. A katalízis hangolható, a vízbontás és a redukció arányait sikerül szabályozni. Sajnos a rendszer még nem eléggé stabil.
Egy másik kutatási irányuk a nagyfelületű hordozókra felvitt rézoxid bevonat felvitelével foglalkozik. Makroszkopikus szén-nanocsövekből indulnak ki. Rájuk elektrokémiai módszerekkel rögzítenek rézoxid nanorészecskéket, s olyan módszereket fejlesztettek ki, amelyekkel ezen részecskék mennyisége és mérete szabályozható, így a rendszer tulajdonságai szabályozhatók.
A Manchesteri Egyetem kutatói fedezték fel a grafént, velük együttműködésben dolgoznak egy következő módszeren. A grafén felületére is le lehet választani rézoxid kristályokat elektrokémiai módszerrel. A kiváló vezetőképességű hordozóanyag révén jó teljesítményű végterméket lehet előállítani, amely sokféle vegyipari folyamat kiindulója lehet, napenergiából kiindulva. A Mars felszínén a sugárzás teljesen más spektrumú, mint a Földön, az ibolyántúli tartományban sokkal erősebb, a földi anyagok sokkal jobban teljesítenének ott…
Az oxigén visszanyerés egyik legígéretesebb módja tehát az elektrokémiai széndioxid redukció, az így előállított termékeket széleskörűen lehet alkalmazni, az oxigén-visszanyerés csak egy lehetőség, a formaldehid, a metanol vagy a hangyasav az egész vegyipar alapanyaga. Ebből a három anyagból minden szén, oxigén és hidrogén tartalmú vegyületet elő lehet állítani. Ehhez célszerű napenergiát használni.
Janáky Csaba prezentációja.
A beszámoló Harmat Lajos írása nyomán készült, mely az EuroAstra Internet Magazin oldalán olvasható.