A következő címkéjű bejegyzések mutatása: jövő. Összes bejegyzés megjelenítése
A következő címkéjű bejegyzések mutatása: jövő. Összes bejegyzés megjelenítése

2011/07/13

Parasztvakítás: Repüljünk-e biohumusz gilisztával? - bioüzemanyagok nagyító alatt



Mint azt márciusi elemző írásunkban jeleztük, folytatjuk a repülés jövőjével, energiaigényével kapcsolatos problémakör boncolgatását. Ezúttal inkább véleményként aposztrofálnám a következő írást, mert kellő tényanyaggal alátámasztva akár meggyőzhető is vagyok, hogy nem az elektromos repülést vagy más alternatívát érdemes feljeszteni, hanem a jelenlegi technikát kell mezőgazdasági növényekkel etetni. 
 

Történelmi dolgok történnek mostanában a repülésben. Az Európai légitársaságok megkezdték a bioüzemanyagokkal adalékolt kerozinnal való próbákat, a Boeing 747-8-asa a Párizsi szalonra szintén bekevert biokerozinnal érkezett. Különösen izgalmas az a lelkes öntömjénezés, amellyel az alternatív üzemanyagoat fejlesztő cégek szaladgálnak repceolajszagú felhőben a saját oltárjuk körül.

Számoljunk egy gyorsat, csak hozzávetőlegesen, hiszen a termésátlagok, talaj, körülmények változnak.
A magvas gomborka (Camelina sativa) - polgári nevén sárgarepce - amely állítólag hírhedten nem kényes a talajra - hektáronként 1-1,5 tonna préselt olaj előteremtésére képes. A Lufthansa által preferált Jathropha curcas növény hozama nagyjából ugyanennyi. 
 

Ez ugye egy 100x100m-es földecske. 100db ilyen föld az 1km2. Rövid fejszámolás után kiderül, hogy ez 100-150 tonna bio-olaj/km2. Tegyük fel, hogy ezt mindenfajta további fionomítás miatti veszteség nélkül bele lehet tankolni a repcsibe. Lassan fel is dereng, hogy a felhők között zöld repülők, zöld jégkristályokból zöld kondenzcsíkokat húznak, és természetesen benyújtják a zöldségért járó számlát a megfelelő hatóságoknak, akik felügyelik az újratermelődő energiaforrások kellő ütemű terjedését, és cserébe a "zöld energia" használatáért környezetterhelési adó jóváírásával és hasonlókkal jutalmazzák a cégeket.

A nagy gyártók és légitársaságok gőzerővel dolgoznak a "biofuel" projekten. Ennek eredménye, hogy az Airbus a Honeywell és a Tarom Romániában  közös vállalkozásba kezdett az idén, és ugyanennek a nemes célnak az eredménye az is, hogy az említett Boeing a Paris Air Show-ra 15% biokerozint tankolt a szokásos kerozin mellé, az USAF már az 50%-ot célozta meg, de az Air New Zealand is ebben az irányban kísérletezik.

Miután korábbi írásunkban a Lufthansa csoport saját honlapján közzétett fogyasztásadatokkal számoltunk - hamár voltak olyan rendesek, és azt részletesen ismertették - nos akkor induljunk ki ebből. A Lufthansa csoport a Lufthansa a Swiss, az Austrian és a BMI  légitársaságok együttműködése. (Tegyük hozzá: ez a világ légiközlekedésének pici töredéke csak...) Éves kerozinfelhasználásuk mostanában (már csak) valamivel 8millió tonna felett van.  Ez ugye erős 53.000 km2 lenne töményen, de ennek most csak a 15%-át vesszük. Ez csak 8.000km2 Ám a sajtolnivaló megtermeléséhez egynéhányszor ki kell menjenek a gépek a földre - tegyük fel bio-olajjal. Szántás, vetés, többször műtrágyázás, gyomirtás, érésgyorsítás, betakarítás, termeléshez kapcsolódó logisztika, illetve a Lufthansa féle növényhez még öntözés is jár. Szóval csapjunk bátran a 8.000km2 mellé mondjuk csak ezret, mert rendesek vagyunk (felejtsük el azt a fosszilis energiát is ami a tetemes feldolgozóüzemi villanyszámlában van). Tehát 9.000km2-ből nagyon elvben el tudnánk látni egy EU léptékben nagy és három kisebb légitársaságot - 15%-kal.

 
Ellenben az USA-ban a nagy légitársaság mást jelent. Ott a nagyok bő 500-700 repülőgéppel dolgoznak, míg a Lufthansa csoport összességében éri el ezt a gépszámot. A legnagyobb amerikai cégek összességében több mint 3000db géppel üzemeltek 2010-ben, a két legnagyobb gyártó gépparkja összesen 16.000 db felett van a világon, és akkor a regionális flottákat nem vettük számításba. Ha ezekből csak a nagyobbakat hozzáadjuk, az airliner ketagóriához akkor kb 20.000 db repülőgéppel számolhatunk nagyjából a Lufthansa csoportnak megfelelő átlag kapacitáseloszlásban. (A 2000db orosz/szovjet repülőgépet még nem is tettük bele a bioüzemanyag fogyasztásba.)
 
 
Ha tehát felszorozzuk az egyébként takarékosnak mondható Lufthansa felhasználási számokat, akkor 270.000km2 mezőgazdasági területet kér a biokerozin 15%-os világfelhasználásnál. Ha megcélozzuk az 50%-ot, akkor 900.000km2 lesz az eredmény. Ha még a késztermékkel  is logisztikázni kell, mert mondjuk nem a repülőtéren van a présüzem, akkor bioüzemanyagos gépjárműveket számítva tovább kúszik a területigény. Ha azt is hozzátesszük a számokhoz, hogy a repülőgépek fele már nem számít igazán takarékosnak, valamint a mezőgazdasági gépek nagyobb hányada sem, akkor hamar elérjük az 1-1,2 millió négyzetkilométert is. Összehasonlításul: Magyarországon 57.900 négyzetkilométer mezőgazdaságilag művelhető terület van. 
Ennek tehát hússzorosára lenne igény a legóvatosabb becslés szerint is a kereskedelmi repülés számára. (Tehát sem katonaság, sem más közlekedés, sem fűtés, erőművek nincsenek benne).
Nem számoltuk bele a képletbe azt, hogy a sárgarepcét csak kb 3-4 évente ideális ugyanabba a földbe vetni. Ergo minden köztes évben máshol kellene termelni a sárgarepcét. Ennek elhagyása a termés csökkenésével, kártevők elleni plusz védekezéssel, talajproblémákkal jár, tehát a területi számok csak tovább nőnek. Ellenben hamár belebonyolódtunk abba, hogy a mezőgazdasági gépek bioüzemanyaggal működnek, számoljunk annak a realitásával is, hogy a szárazföldi és vizi közlekedés is szívesen venne igénybe pármillió négyzetkilométer területet bioüzemanyag termeléshez. A kényes autómotorok esetében újabb energiafelhasználásba kerül a megfelelő finomítás, de pl a VW csoport PD-TDI motorjaiba nem is illik a mai biodízelt tankolni, lévén pl. a nagynyomású pumpaegységek kenése gázolajra van optimalizálva. Nem publikus, milyen járulékos fosszilis energiaigény keletkezik még, ami így már önmagában sem teszi igazán környezetkímélővé a rendszert.

Top 10 fleets regional aircraft

A dolog már itt kezd gyanússá válni, ám nem néztük meg a dolog másik oldalát. Ha a gazdáknak jobban megéri az energianövényekbe fektetni, akkor azt is fogják tenni. Vannak ugyan érvek, hogy pl a repce nem azonos időben terem más haszonnövényekkel, ám a többszöri vetés eddig sem volt ismeretlen, vagyis egy normálisan működő élelmiszer gazdaságban a földet most is megfelelően kihasználják ill. pihentetik a gazdák. 
A Jathropha pedig több éves nevelés után éri el a termésmaximumot - folyamatosan foglalva a területet. 

A fentiekben vázolt léptékű termelési igény tehát mindenképp óriási új termőterületek bevonását tenné szükségessé, ha ez lehetséges. A másik alternatíva, hogy egyszerűen konkurensekké válunk a termőföldjeinken: az olajszármazékokkal működő ipari és közlekedési gépeink ezután az étkezési vagy állattartási növénykultúrák területein integetve várják majd a gazdák döntését, hogy mit termelnének szívesebben. 
Másik szomorú tapasztalat - de lehet hogy csak a pesszimizmus beszél belőlem;
- Lelki szemeim előtt már feldereng a magyar mezőgazdaság egyik betegsége, a biohumusz-giliszta jelenség, amikor is lelkesen termelni kezdik a gazdák az adott időszakban jövedelemtermelő csodafegyvernek gondolt bármit. Ebből helyi túlkínálat keletkezik, ám másból, amit meg érdemes lett volna megtermelni, jöhet az import.... Nem kívánok politizálgatni ezen, de nem tudok igazán lelkes lenni a gondolattól, hogy az ipari/közlekedési üzemanyagigény határozza meg az élelmiszer termelés kereteit, és főképp az árait. A fent már említett márciusi posztban kitértünk a várható össznépesség növekedésre is, nem véletlenül.

Mindezek alapján nem nehéz belátni, hogy az energiaipart olyan irányba terelni, ahol ténylegesen konkurálhat az élelmiszergazdasággal - több mint felelőtlenség.

Trikó Nick


MÁRCIUSI ÍRÁSUNK A TÉMÁBAN >>
Creative Commons Licenc

2011/03/25

Kereskedelmi repülés - ketyeg a villanyóra?

Nem lennék ma a légitársaságok vagy a repülőgépgyárak stratégiai döntéshozói helyében. Egyetlen biztos dolog látszik ma a kereskedelmi légiiparban, mégpedig az, hogy túl kell élni. De hogy pontosan mit és hogyan, arra koránt sem egyszerű a válasz. Vegyük sorra a legkényesebb szempontokat.

Meddig ér a takaró?

Ami egészen biztosan a utoléri előbb vagy utóbb az iparágat, az az energiahordozók piacának átrendeződése. Az olajkészlet véges mivolta szinte már lerágott csont, ennek ellenére nincsenek pontos prognózisok arra nézve, hogy milyen ütemben kényszerül a világ leszokni róla. Ráadásul ahelyett, hogy az idő előrehaladtával tisztábban látnánk, a kép egyre több tényező miatt lesz homályosabb.

Az arab világ a szokott feszültségekhez képest is bizonytalanabb képet mutat jelenleg. Nem tudni, milyen társadalmi, politikai változások jönnek, és ezek hogyan hatnak a piacra. Annyi bizonyos, hogy önmagában a politikai bizonytalanság is árfelhajtó tényező. Az is valószínű, hogy ha a megindult társadalmi változások nyugvópontra is jutnak, az arab világ, illetve minden olajtermelő ország maga is kénytelen lesz a kitermelés és eladás jövőjével szembenézni, hiszen akár öt, akár ötven éven belül kezd megdőlni a termelés és a fogyasztás viszonylagos egyensúlya, a történet vége mindenképp az export csökkenése, miközben a lakosság létszáma általában lendületesen növekszik. Komoly válsághelyzetek elé néznek azok az államok, amelyek nagyrészt az olajexportra támaszkodtak eddig. Ha átmenetileg növekedhet is a hordónkénti ár, hosszabb távon a világ le fog szokni az olaj közlekedési célú elégetéséről, már csak muszájból is... 

Ám ez nagy valószínűséggel sem időben, sem földrajzilag nem egyszerre fog lezajlani a világban. Olyan nagyméretű gazdaságok, mint Kína, India durván bővülő energiafogyasztása egyelőre biztosnak látszik. A két ország lakossága meghaladja a 2,5 milliárd főt, miközben a világ összlakossága 7 milliárd körül mozog. Ez azt jelenti, hogy a világ minden harmadik polgára az említett két, gazdaságilag lendületesen növekvő országának lakója. A gazdaság növekedése a motorizáció, ipari, mezőgazdasági energiafelhasználás növekedését is jelenti egyben. Kérdés, hogy ezek az országok milyen gyorsan képesek átlépni az olajkérdést, merthogy erre nekik is égető szükségük lesz. Az átmeneti időben azonban fogyasztásuk meghatározó lehet az olajárra illetve az üzemanyagok árára is.
Maga az olajkérdés természetesen a világ összességére nézve is kemény kihívás, potenciális válságtényező. A jelenleg elmaradott technológiákat használó országoknak igen gyorsan kell alkalmazkodniuk a jövő lehetőségeihez, nem járhatják végig azt a kényelmes, lomha, olajpazarló fejlődési pályát amit a mai fejlett világ bejárt.
A fejlett országoknak is néhány év alatt kell "csodát" tenniük, ha ki akarják védeni a fenyegető olajhiányt. Az ún. olajcsúcs (peak oil) elmélet taglalja ezt az ügyet. Az elmélet egyetlen problémája, hogy nem tudja egzakt módon meghatározni, hogy mikor és mennyire nyílik meg a kereslet és kínálat ollója.

Mi lehet a kerozin alternatívája?


A kérdésre nyilván rengeteg ötlet jut eszünkbe, ám a realitás kijózanítóan kevés valóban járható utat hagy nyitva. A világ mezőgazdaságilag hasznosítható területei csökkennek és nő a lakosság létszáma (2050-re már 10 milliárd köré teszik a várható népességet), eközben  üzemanyag termelés céljára befogni a mezőgazdasági területeket nem tűnik hosszútávú realitásnak. Mi egyebet tudunk még elégetni a hajtóműben? Folytak és ma is folynak kísérletek cseppfolyós gázokkal, ám ezek előállítása, tárolása, biztonságos elhelyezése a repülőgépen, vagy egy baleset esetén történő lefejtés, ártalmatlanítás lehetősége mind megoldatlan probléma.
Sokkal egyszerűbbnek és biztonságosabbnak látszik az  elektromos meghajtás fejlesztése...
Játék?
Melyik gyermeklelkű repülős ember nem állt már meg mélázva egy modellezőbolt, vagy akár a hipermarketek játékosztályának polca előtt, ahol párezer forintért elemes, vagy lítium-polimer (LiPo) akkus elektromos modellel lepheti meg a gyerekét, vagy akár saját magát... Ezeken a modelleken a számítógépes meghajtókból ismert apró motorokhoz hasonló nagy nyomatékú hajtást használnak, ám a technológia a ritka földfém mágnesekkel kiegészítve már egészen komoly teljesítmény leadására képes. Pofonegyszerűnek tűnik tehát a kérdés: - ami kicsiben olyan kiválóan működik öt tíz percig, azt hogyan lehet megvalósítani többszázezerszer nagyobb tömegű, 10-15 órát repülni képes kereskedelmi gépeken?

Búcsú a gázturbinától?

Előbb-utóbb biztosan. Egyelőre még a meglévő technológia gazdaságosabbá tételén dolgoznak a gyártók, az átmenet pedig viszonylag lomha. Egy-egy gépet a légitársaságok, lízingcégek 12-15 évig biztosan használnak, de gyakori az ennél hosszabb üzemeltetés. Sok repülőgép ennek az időnek a leteltével kezdi meg a második életét akár egy kis chartercég vagy egy fejlődő ország flottájában, akár tehergépnek átalakítva. Az esetleges modernizálás, áthajtóművezés nem rutinművelet, tehát nem olyan egyszerű a dolog, hogy feltehetők a gazdaságosabb hajtóművek a régi helyére. A hajtóműveket teljesítményben és más paraméterekben is illeszteni kell az adott típushoz, függesztőpilonokat, hajtóműgondolákat és vezérlést kell cserélni a repülőgépen, valamint több szoftvert módosítani, újraírni, típusmódosítással együtt új légialkalmassági, vagy akár típusalkalmassági vizsgát tenni. Ez pedig már egy öregecske gépen nem biztos, hogy megéri.

Ráadásul éppen egy olyan nagyságrendű generációváltás zajlik a repülőgépiparban, amire a jetkorszak beköszöntése óta nem volt példa. A Boeing 787-es már repül, az A350 még készül. Közös bennük az agresszív előrelépés a kompozitok alkalmazásában, ami a repülőgép szerkezetének kb. felét teszi ki. Ez az üres tömeg (OEW) és a karbantartási igény csökkenését is jelenti, egyúttal olyan formai kialakításokat tesz lehetővé, amelyek az aerodinamikai fejlesztésben kulcsfontosságúak.
Elektromos fékek
Emellett a B787-es már nem a hajtómű által forróra sűrített levegőt használja fűtésre, és a hidraulikaszivattyúk, elektromos generátorok sem élősködnek már a hajtóműre épített mechanikus áttételen. Egyszerűen integráltak a hajtómű forgórészre egy indítómotor-generátort, amely elegendő energiát szolgáltat a fűtés, légkondicionálás, hidraulikanyomás, fékrendszer, jó hatásfokú elektromos táplálásához. A cél tehát a rendszerek szintjén már az "elektromosabb repülőgép" (more electric aircraft). A 787-esen még az utasablakok sötétítőlapjai helyett is elektrokromatikus ablaksötétítőt alkalmaznak. Szintén folyik a korábban hidraulikus meghajtású gépészeti egységek "villamosítása", ami lassan a teljes hidraulikarendszert kiválthatja.

A következő lépcső a hajtóműtől független, üzemanyagcellás segédrenszer kialakítása lehet. Az üzemanyagcella elektromos energát állít elő a repülőgép utaskényelmi és egyéb, viszonylag egyenletes terhelésű alrendszerei számára. Ez egy optimalizálható folyamat, miközben a hajtómű energiája egyre inkább csak a tolóerő előállítására fordítható. Ez az a pont, ahol azt mondhatjuk, hogy mindegy, mivel hajtjuk a repülőgépet, a hajtómű és amit tankolunk hozzá, akár le is cserélhető.
Kisebb, 1-2 személyes repülőgépek már ma is léteznek üzemanyagcellás elektromos hajtással éppúgy, mint a modellezésben említett, de a hibrid autókból is ismert LiPo akkumulátorral. Ám az üzemanyagcella  jelenleg nem alkalmas több tíz megawattos hajtóművek táplálására, ( kisgépes alkalmazásban is lítium akkuval segítik ki a nagyobb teljesítményt igénylő repülési fázisokban.)

Tehát a nagygépes repülésben még mindig gázturbinás hajtóműről beszélünk... És úgy tűnik még van mit fejleszteni a technológián...
P&W: Áttételes csőlégcsavaros hajtómű
Pillanatnyilag a különleges aerodinamikai kialakítású kompozit ventillátorlapátok (fan) bevezetése folyik, emellett tovább növekszik az úgynevezett kétáramúsági fok, ami a hajtómű belső folyamataihoz, égéshez, turbinahajtáshoz használt levegő és a tisztán tolóerőhöz átbocsájtott levegő hányadosa. Ez az arány a gázturbina bevezetésekor 1:1 - 1:2 között változott, ma túl vagyunk az 1:10-1:12-n is. Ugyanakkor igyekeznek könnyíteni és egyszerűsíteni a belső fokozatokat. Ez azt jelenti, hogy a hatalmas hajtóműburkolat alatt valójában egyre kisebb a tényleges nyomatékot előállító szerkezet, a hajtómű egyre nagyobb részét a csőlégcsavar, a ventillátor fokozat adja. Sorra jelennek meg a korábbinál jóval hatékonyabb hajtóművek. A General Electric GEnx, vele párhuzamosan a Snecma vegyesvállalat CFMI a Leap-X szériát, a Pratt&Whitney pedig az áttételezett ventillátorfokozatú GTF koncepciót dolgozta ki. A RollsRoyce Trent 1000-ese a B787-es, a Trent XWB az áttervezett, leendő Airbus A350 igényeit szolgálja ki. A légiipari fejlesztésben ismét egyre komolyabb tényezőnek számító orosz tervezőirodák sem maradnak ki a folyamatból.

NK-93: ellenforgó "ducted fan"
Úgy tűnik tehát, hogy ahogy a közutakról, a levegőből sem tűnik el egyhamar a megszokott hajtásmód, hanem egyelőre a hatékonyság a fogyasztáscsökkentés az elsődleges csapásirány.  Tovább bonyolítja a helyzetet, hogy egyes technológiák nem vezethetők be hirtelen a teljes termékpalettán. Pl. az áttételes hajtás könnyebben megvalósítható a kisebb teljesítményű hajtóműveken, mint az A380-A350, vagy a B777-787 szintjén. Egy-egy fejlesztési irány teljes kidolgozása és engedélyeztetése 5-10 évig is elhúzódhat. Siettetni nem szabad a folyamatokat. A piac egyszerre akar gyorsan nagy előrelépéseket ugyanakkor kezdettől kimagasló üzembiztosságot vár el. Ez feltétele is a hatósági engedélyezésnek és a hosszútávú (ETOPS) üzemeltetésnek.

Itt tartunk most

Hogy mi lesz a gázturbinás hajtás esetleges elektromos utódja, hogyan lesz utasforgalmi méretekben is elérhető teljesen elektromos repülőgép -"all electric aircraft" - ezt még nem látni biztosan.  Kényes egyensúlyi helyzet alakult ki az évek folyamán a gép, hajtómű és hajtóanyag tömege, valamint a teljesítmény, hasznos teher és a hatótáv kérdéseiben, amelyek finomítása adja pillanatnyilag azokat a százalékokat, amelyek évről évre javuló hatásfokú repülőgépeket eredményeznek.
Az elektromos hajtást mamár senki nem tartja elvetemült ötletnek, de még nem látni akár csak alakulófélben sem egy prototípust. Szupravezetők, ritka földfém mágnesek, hidrogén, földgáz, biogáz üzemű üzemanyagcellák, hibrid megoldások forognak a tervezőasztalokon.

Sonex: LiPo akkuval
A most folyó kutatások számolnak az egyáltalán nem újkeletű open rotorral és a burkolt, impelleres (ducted fan) technológiával éppúgy, mint a hagyományosabb légcsavaros megoldással. Az utasgépekre alkalmas elektromos hajtóművek azonban egyelőre nehezebbnek ígérkeznek a meglévő gázturbináknál, ami a repülőgép struktúrális átalakítását igényli. Ráadásul emellett a repüléshez szükséges energia tárolása már semmiképp nem mehet a hasznos teher rovására, mert az mindenképp visszalépés lenne.
(Ugyanezzel a problémával küzd a hibrid- és a tisztán elektromos gépkocsi is).



A legvalószínűbb forgatókönyv az, hogy ahogyan a játéknak indult elektromos repülők már kézzelfogható sportgépekké segédmotoros vitorlázókká nőtték ki magukat, úgy folytatódhat a technológia térnyerése a nagyobb gépeken is.


Mindeközben a repülőgépek sárkányára is komoly fejlődés vár, de ezt egy külön cikkben fogjuk boncolgatni. Lesznek meglepetések a témában, kicsit át fog fogalmazódni a repülőgépekről alkotott képünk az elkövetkező években.

Addig azonban jópár gyerekcipőt ki kell nőni, tévedésekre pedig nemigen marad idő ...

És mégvalami: az atomenergia bősz ellenfeleinek is le kell majd ülni kicsit töprengeni.....
 








Boeing: üzemanyagcellás elektromos Dimona

(Bár igyekeztem a fentiekben a közérthetőség határain belül maradni, bármilyen kérdést bátran fel lehet tenni a cikk alatti megjegyzés mezőben. A cikk kevésbé a szakmának szól, inkább az érdeklődőknek igyekeztem összefoglalni a pillanatnyi helyzetet. Az anyag lehetne akár tízszerekkora is :) )


Folytatjuk....


Creative Commons LicencTrikó Nick