Elképesztő ötletet valósított meg két fiatal magyar kutató. Viszonylag alacsony, száz fok alatti hőmérsékletű gépek hőenergiájának tulajdonképpeni hulladékhőjét tudják közvetlenül – mozgási energiává való átalakítás nélkül – elektromos árammá alakítani egy különleges matrica révén. Lévai Emese és Veress Hunor ezért nemrégiben elnyerték a „Láss a jövőbe!” BoschxRichter Ipari Innovációs Díjat. Az egyik kitüntetettel, Lévai Emesével, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Energetikai Gépek és Rendszerek tanszékének harmadéves doktoranduszával beszélgettünk.
Miért kapták a díjat?
A laboratóriumunkban építettünk egy olyan rendszert, ami az alacsony fokú (low grade) típusú veszteséghőt képes gépekből hasznosítani. Ez azt jelenti, hogy képes a 100 fok alatti hőforrások hőjét is azonnal, köztes lépések nélkül elektromos árammá alakítani. Az újítás gyakorlatilag egy matricaként képzelhető el, amit felrakunk egy melegedő felületre, és közvetlenül ebből áramot vagy elektromos teljesítményt kapunk.
Matrica nyeri ki az áramot közvetlenül a gépek melegéből
Mennyi energiát tudnak kinyerni vele?
Ez még egy prototípus. A fejlesztés mostani fázisában egy bankkártya méretű felületen pár milliwatt nagyságrendű teljesítményünk van. Ez azonban most még nem a teljesítményről szóló mérésekből származik. Számításaink szerint ennek akár a többszörösét is képesek leszünk elérni a kísérletek későbbi fázisában.
Gondolom, valós gépeken szeretnének majd áramot termelni vele…
Igen, ezt tervezzük. Egy olyan vékonyabb és rugalmasabb matricát szeretnénk készíteni belőle, amit bármilyen melegedő felületen lehet áramtermelésre használni.
Az emberi test is áramforrás lehet
Elképzeléseik szerint hol lehetne majd használni? Milyen gépeken?
Akár autókon is.
Gyakorlatilag egy olyan melegedő felületre lesz szükség, amihez képest hidegebb a környezet. A fejlesztésünk a hőmérséklet különbségből dolgozik.
Elhangzott itt az autóipar, ami egyre inkább a 100 fok alatti hőforrásoknak a terepe. Régebben a nagyjából 100-120 fokos belső égésű motorokon próbálták elvezetni a veszteséghőt, mára ez megváltozott. Mind az akkumulátoros, mind pedig az üzemanyagcellás autóknak az üzemi hőmérséklete jóval elmarad a 100 foktól, nagyjából 80 fokos átlaghőmérsékleten működnek.
A fejlesztésünket emiatt nagyon szeretik az autóiparral összefüggésbe hozni, de mi szeretnénk azt is kifejezni, hogy a 100 fok alatti hőforrásokkal már az olyan szerves rendszerek is áramforrássá válnak, mint a biológiai organizmusok, például az emberi test a maga 35-36 fokjával.
Milyen módon lépnének tovább? Egy startupot indítanának, vagy cégeket keresnének meg ezzel a technológiával?
Mi alapvetően szeretnénk az akadémiai vonalon maradni, mivel rengeteg kutatás szükséges még ahhoz, hogy a rendszerünk tényleg hasznos legyen, társadalmi hatással. Ezért az elvi, alapkutatási részt a doktori disszertációnkban szeretnénk megjelentetni és részletezni, hogy ez bárki számára érthető legyen.
A működés részleteit viszont, azaz, hogy a valóságban és a gyakorlatban a rendszer mitől fog működni, szeretnénk szabadalmaztatni.
A hiba lett az alapelv
Beszéljünk egy kicsit a versenyről. Hogyan zajlott a megmérettetés?
Írásbeli és videós fordulók zajlottak több körben. Egy zsűrinek kellett bemutatni a munkánkat. A mérőrendszerünket levideóztuk, ezután következett a kiválasztási folyamat, majd a prezentáció. A prezentációhoz képest egyébként a megelőző fordulók sokkal fontosabbak voltak, mert ott érthetően kellett elmagyaráznunk, hogy mi a termékünk. De még érdekesebb dolog, hogy hogyan jutottunk el egyáltalán a versenyfeladatig.
Mi először egy egészen más publikáción dolgoztunk, amiből aztán egy teljesen másik eredmény fejlődött ki. Létezik a Seebeck-effektus, ami egy termoelektromos jelenség: ha két különböző fémet két helyen összekapcsolnak, és a kapcsolódási pontok különböző hőmérsékletűek, akkor a kapcsolódási pontok között elektromos feszültség keletkezik. A mi hőmérséklet méréseink során ez hibaként jelentkezett, és azon viccelődtünk, hogy ebből annyi van a rendszerünkben, hogy ez akár egy későbbi mérés alapelve is lehetne.
És aztán tényleg ezen a vonalon indultunk el.
Az eredeti konstrukciónk annyira hibás volt, hogy ezeket a hibáit tettük meg az új konstrukciónk elvének, és ez befutott az innovációs versenyen. Egy mérési hiba sokszorosra való felnagyítását valósítottuk meg, ami úgy tűnik, hogy működik. A mostani digitális korban a legtöbb rendszer közvetlen feszültséget igényel. Emiatt nagyon praktikus, hogy a mi rendszerünk is átalakítás nélkül kap feszültséget.
Nagyon sok, mechanikus elven működő gép a hőt először mozgási energiává alakítja és csak utána képes mondjuk egy forgómozgásból elektromos áramot előállítani. A mi gépünknél nincsenek köztes átalakítások.
Az volt a doktori témám, hogy egy alacsony hőfokon működő rendszernek hasznosítsam valahogyan a hőjét. Ez egyszerű feladatnak tűnt, amikor elvállaltam, de valójában nem volt az. Erre a hőmérsékleti tartományra ugyanis még nem létezett semmilyen konstrukció. Elvek és ötletek voltak már, és ez egy véletlennek köszönhetem, hogy erre rátaláltam. A kidolgozásban pedig Veress Hunor segített, akivel együtt kaptuk az elismerést.
