Vizautók és hidrogén hajtás

Nemrégiben írtam már egy posztot a vízautókkal kapcsolatban. Ott azt próbáltam fejtegetni, hogy miért nem jogos a "jelenlegi ismereteink alapján ez nem lehetséges" típusú elutasítás ezekkel a találmányokkal kapcsolatban. Most kicsit más szempontból írnék ugyanarról. Nevezetesen, hogy mi az amit már tudunk, de mégsem élünk vele. Kezdjük is hát az elején.

A benzin (és vele minden más kőolaj származék üzemanyag is) fogy. Nem áll belőle rendelkezésre végtelen mennyiség. E mellett a benzin szennyezi a környezetet, és drága is. Mivel az áruszállítás miatt a benzin ára beépül mindenbe, ezért minden drágább lesz, így az olajsejkeken kívül mindenki rosszul jár. Mondjuk ők cserébe szigeteket építhetnek Dubaj-ban, de ez minket cseppet sem vigasztal. Az egyszerű halandó embernek marad a folyamatos fizetés, a szmog, meg a tüdőrák. Nem csoda hát, hogy mikor felreppen a hír, hogy ezen túl benzin helyett vizet tankolhatunk az autóba, sokak szeme felcsillan. A föld nagy része (ha jól emlékszem, azt tanították, hogy 70%-a) víz, így abból jutna mindenkinek. Attól sem kellene félni, hogy elfogy, mert a vízautó ugye vizet pufogna ki, ami idővel visszapotyog az óceánokba, így közel ingyen közlekedhetnénk. A kérdés már csak az, hogy kivitelezhető-e a dolog. A válasz pedig szerintem egyértelműen igen, csak nem úgy, nem annyira egyszerűen, mint gondolnánk. Le is írom miért.

Ha hihetünk az energiamegmaradás törvényének (van esély rá, hogy nem mindig működik, de eddig erre nem volt példa), akkor a semmiből nem lesz energia. Tehát csak úgy magától nem fog menni az autónk. A benzintől azért megy az autó, mert abban koncentrált energia van. Ha elégetjük, más anyagokká alakul. Ekkor szabadul ki belőle az energia, és ettől megy az autó. Szóval a benzin esetén egy anyag másik anyaggá alakul, innen van energiánk. Amikor tehát autózunk, akkor az évmilliók során a kőolajban tárolt energiát használjuk el. A vízautókkal szemben azért szkeptikusak az emberek (köztük én is), mivel itt nincs ilyen átalakulás. Víz megy be, víz jön ki, sem kémiai, sem fizikai változás nem jött létre, tehát honnan lenne energiánk? Erre aztán az a válasz, hogy bizonyos speciális körülmények között ez a folyamat energiát csatol ki az univerzum végtelen energiatengeréből, vagy még durvább esetben az, hogy maga az energiamegmaradás hibás, és lehet semmiből energiát termelni. Nos, érthető, ha az ilyesmitől viszolyognak a fizikusok, hiszen ilyenre még soha sehol nem láttunk példát, sőt, minden jel arra utal, hogy az energiamegmaradás igaz, és nagyon kemény alaptörvénye a fizikának. Ennek ellenére, ahogyan az előző postban már írtam, egy fizikusnak kutya kötelessége kivizsgálni minden ilyen esetet, még akkor is, ha az aktuális modellnek az ellent mond. Hiszen mindig csak a megfigyelésekből vonhatunk le következtetéseket, soha nem járhatunk el fordítva. Tehát egy megfigyelést nem cáfolhatunk az eddigi következtetéseink alapján. Azért az esetek döntő többségében (tulajdonképpen eddig mindig) a fizikusoknak volt igaza, tehát mikor felreppen egy ilyen újabb "vízautós hír", joggal feltételezhetjük, hogy végül az derül ki róla, hogy a dolog nem működik.

Szóval a "vizet tankolok a kocsiba" dolog működésére elég kis (persze soha nem 0) esély van, viszont a poszt elején azt írtam, hogy mégis megoldható a dolog. Lássuk hogyan. Ehhez viszont először térjünk vissza a benzinhez. Hogyan működik a benzin? Ahogy már írtam, a benzinben kémiai formában energia tárolódik. Mikor elégetjük, ez az energia kiszabadul, és ez hajtja az autót. Tulajdonképpen minden égésnek ez az alapja, ez történik például akkor is, ha fából tüzet rakunk. Itt a fa hamuvá alakul, és a felszabaduló energia jelenik meg hőként. No de hogy kerül a fába az energia? Erre való a fotoszintézis. A fa elnyeli a napfényt, aminek hatására bizonyos anyagok más anyagokká alakulnak. Ily módon a fa a nap energiáját saját anyagában konzerválja. Mikor elégetjük, akkor tulajdonképpen a nap évek alatt összegyűjtött energiája szabadul fel. Ez tulajdonképpen majdnem ugyanaz, mint mikor napelemmel feltöltjük mondjuk a zseblámpánk elemét, amivel aztán este világíthatunk. A fa is egyfajta "napelem", csak kicsit bonyodalmasabb a működése. Valójában itt a földön szinte minden dolog a napból nyeri az energiáját, "a föld mint gépezet energiaforrása a nap". Mi emberek például étkezéssel nyerjük az energiánkat, állatokat és növényeket eszünk. Az állatok is növényeket esznek, onnan nyerik az energiát, a növények pedig fotoszintetizálnak, tehát végső soron mi is napenergiával működünk. De a vízerőművet hajtó vizet is a nap mozgatja, vagy a szélerőművet hajtó szelet, és végső soron a kőolaj és a földgáz is rothadó állatok és növények maradványaiból keletkezik, ami egykor ugyancsak a naptól kapta az energiáját. No de hogy jön mindez a vízautókhoz?

Az előbbiek alapján már látható, hogy jelenlegi tudomásunk szerint energiát csak úgy lehet termelni valamiből, ha oda valahogy bekerült. A hajtóanyagnak energiát kell veszítenie, amivel aztán az autónkat hajthatjuk. Ezt szaknyelven úgy szokták mondani, hogy a zárt rendszer energiája nem változhat. A benzin esetén ez teljesül, hiszen a folyamat elején bemegy a benzin, majd kipufogó gázzá alakul. Ekkor veszít az energiájából, és ettől megy az autónk. Ha vizet öntünk az autóba, és víz jön ki, akkor semmi nem veszített az energiájából. Ha az autó mégis mozog, akkor valami misztikus helyről (pl. az univerzum kimeríthetetlen energiatengeréből, stb.) energiának kellett oda bekerülnie. Ahogy már írtam, ilyesminek a létezéséről nem tudnak a fizikában, tehát a jelenlegi tudásunk szerint ez így nem működhet. Mit lehet tehát tenni? A víz ahogyan kémia órán tanultuk, két rész hidrogénből és egy rész oxigénből áll (innen a H2O képlet). Megtehetjük, hogy energia befektetéssel a vizet alkotó részeire bontjuk. Ha így teszünk, az alkotó részekben konzerválódik a bontásra szánt energia. Amikor az alkotórészeket egyesítjük, tehát a hidrogént és az oxigént vízzé égetjük el, akkor visszakapjuk ezt a befektetett energiát. Pontosan ugyanaz történik, mikor a fa vagy éppen a benzin elégetésével visszanyerjük az abban tárolt napenergiát. Röviden tehát ahogyan a benzinben, vagy a fában tárolódik az energia, úgy a vízben (vagyis a víz kettébontott alkotóelemeiben) is tárolhatunk energiát. Tehát a benzin a fa, vagy éppen a víz is olyan mint egy akkumulátor. Ugyanúgy energiát tárol. Itt jutunk el ahhoz a kérdéshez, hogy akkor minek az egész folyamatba belekeverni a vizet? A víz bontásához is energia kell, miért nem használunk simán egy rakás akkumulátort, és hajtjuk az autókat elektromos motorokkal? A víz bizonyos szempontból  jobb erre a célra. Az elektromos hajtáshoz a kocsi motorját egy az egyben elektromos motorokra kellene cserélnünk, ezzel szemben amennyire én tudom, a hidrogénhajtáshoz csupán a kocsi átalakítására van szükség (ugyanúgy robbanások hajtják a motort, csak benzin helyett hidrogén és oxigén ég el vízzé), az alapanyag nem környezetszennyező, és az égéstermék is csak víz. Ennek fényében tehát ha nem is vizet, de hidrogént tankolhatnánk a kocsinkba benzin helyett. A hidrogént előállíthatnánk megújuló energiaforrások (pl.: víz, szél, nap, stb. energia), vagy éppen nukleáris energia felhasználásával (a tévhitekkel ellentétben ez sokkal kevésbé környezetszennyező, mint a benzin). És persze ott van az energiaforrások netovábbja, a fúziós energia, ami például a napot működteti. Ilyen fúziós erőművet még nem vagyunk képesek létrehozni, de egy nap talán ez is lehetséges lesz.

Hogy miért nem hidrogénnel hajtjuk már most az autókat? Amennyire én tudom, a hidrogén ellen felhozott legnagyobb ellenérv a tárolás/szállítás nehézsége. Míg a benzinhez elég egy sima benzines kanna, addig a hidrogén tárolásához rendkívül erős falú tartály szükséges. A benzint simán öntögethetjük, kicsit párolog ugyan, de könnyen kezelhető. Ezzel szemben a hidrogén gáz, nagy nyomáson, cseppfolyósítva tárolhatjuk, így mindenféle vastag csöveken tudjuk csak egyik helyről a másikra átnyomatni. Azt is szokták emlegetni, hogy veszélyesebb, mint a benzin, sokkal könnyebben, sokkal nagyobbat robban, mint a benzin. Erre a problémára már láttam megoldásokat, és úgy tudom, van már rá technológia, aminek használatával már viszonylag biztonságosan megoldható a tárolás. Ezek alapján úgy néz ki, hogy a hidrogénhajtás elterjedése inkább infrastrukturális, mint technikai jellegű probléma. Át kellene alakítani a kocsikat, hidrogén kutakat kellene építeni, hidrogén gyárakat, stb.

Persze a hidrogén mellett ott a tiszta elektromos hajtás is, sőt, sokak szerint ez sok szempontból jobb is. Nincs gond a tárolással (csak jó akkumulátorok kellenek hozzá), nincs gond a szállítással (csak néhány villanyvezeték kell, ami tulajdonképpen már meg is van), sőt, akár magunknak is előállíthatjuk a szükséges energiát a házunk tetején lévő napaelemmel, vagy a kertben elhelyezett szélerőművel. A dolog hátránya, hogy teljesen újra kell gondolni hozzá az autókat, a benzintartályt akkumulátorokra, a motort elektromos motorra kell cserélni. A másik gond, hogy a jelenlegi akkumulátorokkal hamar lemerül egy ilyen kocsi, így 50-100 km-enként töltőállomásokat kellene elhelyezni (bár ha jobban belegondolunk, a benzinkutak is vannak ennyire sűrűen). Alternatív megoldás, hogy a kocsiban vész esetére egy benzines generátort is beszerelünk, amivel elpöföghetünk a következő elektromos töltőállomásig. Szóval ez sem egy rossz alternatíva, de legalább olyan elszántság kellene a bevezetéséhez, mint a hidrogénhajtás esetén (elektromos töltőállomások, elektromos autók gyártása). Akit a dolog bővebben érdekel, nézze meg a "Ki ölte meg az elektromos autót?" című YouTube-on elérhető kis dokumentumfilmet, ami jó összefoglalása a témának.

Szóval van alternatívánk a benzinre, nem is egy. Hogy a váltáshoz szükséges lépéseket miért nem lépik meg, azt pontosan nem tudom. Lehet, hogy gazdasági okai vannak, lehet, hogy a fentieken kívül van még valami technikai probléma, ami megoldásra vár, de az is lehet, hogy valóban akkora üzlet a benzin, hogy sokak ellenérdekeltek abban, hogy mindez megvalósuljon. Mindenesetre nincs semmi hókusz-pókusz a dologban, jelenlegi ismereteink szerint működőképes, és megvalósítható.

De ebben a posztban nem is annyira ez a lényeg, hanem az, hogy az alapelvet megértsük. Nevezetesen, hogy a vízautókkal az a legnagyobb baj, hogy "klasszikus" (vizet töltök a tankba) formájukban sértenék az energiamegmaradás törvényét, amitől a fizikusokat kirázza a hideg. Jelenlegi ismereteink szerint energia nem lesz a semmiből. Energiát csak úgy nyerhetünk valamiből, ha egyszer valahogy oda energia került be. Ily módon mindenfajta üzemanyag csak egyfajta energiatároló közeg. A benzin a fa, a hidrogén, a rádióaktív anyagok, és végső soron egy sima akkumulátor is ugyanazt a feladatot látja el számunkra. Nevezetesen energiát tárol. Persze egymástól igen eltérő formákban. A nem megújuló energiaforrások esetén ez az energia valamikor nagyon régen került be oda, és ha ezt az energiát felhasználjuk, az "nem pótolódik vissza", tehát az ilyen anyagok folyamatosan fogynak. Ilyen ugye a kőolaj, amiben egyszer régen energia konzerválódott, és ha elégetjük az autó motorterében, kipufogógáz lesz belőle, soha nem áll össze újra benzinné. Ez persze igaz a hidrogénre is, hiszen a hidrogén vízzé ég el, és a víz később nem fog magától hidrogénre és oxigénre bomlani. Ugyanakkor a hidrogén könnyen előállítható elektrolízissel, amihez már használhatunk más, megújuló energiákat (pl. szél, víz, napenergia), és végső soron tisztán elektromos áramot is használhatunk üzemagyagként elektromos autókban. Amennyire én tudom, ilyen energiából van elég, a nap bőségesen ellátja a földet. Tulajdonképpen mikor mi emberek még nem voltunk, akkor is nagyon jól elműködött a bolygó a nap energiájával, és valószínűleg napjainkban is történhetne így a jelenlegi környezetszennyező megoldások helyett. Szóval energia van, csak meg kell tanulnunk hatékonyan kiaknázni, és tárolni/szállítani. Lehet, hogy nem a hidrogén lesz az üdvözítő megoldás. Lehet, hogy lesz valami más anyag, amiben energiát tárolhatunk. Valami, ami olyan könnyen kezelhető, mint a benzin (szobahőmérsékleten cseppfolyós, vagy szilárd), mégsem környezetszennyező. Azt is el tudom képzelni, hogy egyszer majd genetikailag módosított mesterséges növények fognak fotoszintézis útján valamilyen anyagot előállítani, amit majd üzemanyagként használhatunk (ez a lényege a biodízelnek). Lehet, hogy nem is kémiai formában (üzemanyagként) kell tárolnunk az energiát, hanem elektromos áramként (valójában az akkumulátor is kémiai formában tárolja az energiát). Talán találunk valamilyen az eddigieknél hatékonyabb energiatároló közeget, és ez hozza el a megoldást az üzemanyag problémára. Mindenesetre tény, hogy hamarosan valamilyen irányba lépni kell majd.

Vízautók, meg a fizikai törvények jellege

A napokban reppent fel egy hír a Facebook-on, hogy egy Gróf Spanyol Zoltán nevű úriember megoldotta, amire sokan úgy várnak mint egy falat kenyérre, nevezetesen, hogy ezen túl benzin helyett színtiszta csapvizet tankolhatunk az autónkba. Mivel sokáig az egyik legkedvesebb hobbim az volt, hogy ilyenek után olvasgattam (pl. Egely könyvekből megvolt tán az összes), természetesen ez is felkeltette az érdeklődésemet. Miután ez a hír már néhányszor nagy csinnadrattával felreppent, és annak rendje és módja szerint hamar el is ült, most is szkeptikus voltam, és hát ha valaki csinál egy egyszerű Google keresést, talál is jó pár ellenvéleményt. Ennek apropóján gondoltam, írok egy postot a véleményemről ebben az egész témában. Bár magam is egészséges mértékben szkeptikus vagyok, mégis sok szempontból inkább ezeknek a feltalálóknak a pártját fogom, mert valahol úgy gondolom,igazságtalanul járnak el velük, el is mondom miért.

Úgy általánosságban az ilyen "Tiltott találmányok" ellen felhozott vádak nagy része úgy kezdődik, hogy "márpedig ez a fizika törvényei szerint nem működhet". Nos, ez az a mondat, amit egy magára valamit is adó fizikus nem mondhat ki. Ha megteszi, azzal elismeri, hogy nem érti a fizikát, és mint ilyen, méltatlan arra, hogy fizikusnak, vagy mérnöknek nevezze magát. Ha a fizikusaink annak idején ebben a szellemben gondolkodnak, vagyis nem vizsgálják ki azokat a jelenségeket, amik az akkor aktuális világnézet szerint nem működhetnek, akkor most jóval szegényebbek lennénk. Mondok is egy egyszerű példát. Ha azt mondom, hogy lehetséges az, hogy egy golyót elhajítva az egyszerre két lukon is átmenjen, akkor még csak fizikusnak sem kell lenni ahhoz, hogy valaki azt mondja, hogy hülyeségeket beszélek. Nos, az a helyzet, hogy ha elég pici a golyó, és elég közel van egymáshoz a két luk, akkor ez a jelenlegi fizikai törvények alapján igenis lehetséges. Nagyon leegyszerűsítve ez a kvantummechanika egyik alapjelensége. Egy olyan fizikus számára, aki csak a klasszikus mechanikát ismeri, ez nem csak hogy a fizika törvényeinek mond ellent, de még józan ésszel is értelmezhetetlen. Mégis, ha nincs kvantummechanika, akkor talán ma nem lennének processzorok, integrált áramkörök, számítógépek, mobiltelefonok, TV, semmi, ami a mai modern társadalom alapja. Megrekedtünk volna a sötét középkorban. Az ilyen, és ehhez hasonló jelenségek miatt a mai modern fizika már jócskán túlhaladt azon, hogy a szó klasszikus értelmében "megértsük" azt. Egyetlen egy dolgot tehetünk, megfigyeléseket végzünk, az eredményeket pedig matematikai formába öntjük. Ha elég sok mérést végeztünk, és mind azt mutatja, hogy a formulánk helyes, (akármilyen mérést is végzünk el, mindig azt találjuk, hogy a formula által megjósolt eredmény az amit valóban tapasztalunk) akkor tehetünk egy olyan kijelentést, hogy VALÓSZÍNŰLEG ez a formula minden esetben helyesen írja le a világ működését. Ugyanakkor a dolog jellegéből adódóan nem vonhatunk le abszolút következtetéseket, hiszen nem vizsgálhatjuk meg az összes peremfeltételt. Hogy még jobban megvilágítsam a problémát, mondok egy nagyon egyszerű példát. Egy nap belém hasít a felismerés, hogy a víz folyékony. Tudom, hogy hülye példa, de mégsem sokkal rosszabb, mint az a felismerés, hogy az alma leesik a fáról, pedig ha hinni lehet a legendának, Newton fejében valahogy így kezdődött az az elmélkedés, aminek eredménye a gravitáció törvényének felfedezése lett. Szóval ott tartottunk, hogy "a víz folyékony". Ezt szeretném is fizikai törvény szintjére emelni, úgyhogy elvégzek egy rakás kísérletet. Felmegyek a padlásra, lemegyek a pincébe, bejárom az egész várost, és mindenhol azt találom, hogy a víz márpedig folyik. Mivel a nap végére nagyon elfáradok, úgy érzem, elég kísérletet végeztem, és publikálom az eredményeimet. Megszületett az első fizikai eredményem, törvényként mondhatom ki, hogy a víz márpedig folyékony. Innentől kezdve, ha valaki azt mondja nekem, hogy ő látott már nem folyékony vizet, kiröhöghetem, és mondhatom neki, hogy ez nem lehet, hiszen a fizika jelenlegi törvényei szerint a víz folyékony. Aztán eljön a tél, és meglátom az első jégcsapot. Ekkor két dolgot tehetek. Vagy elfordítom a fejem, és azt mondom, hogy bizonyára csak odaképzeltem a "szilárd vizet", vagy odamegyek, és megvizsgálom, hogy most akkor ez hogy is van. Lehet, hogy tél közepén látom meg az első jégcsapot, pedig a szomszéd Józsi már egy hete mondja, hogy ő látott már "kemény" vizet, de mindig legyintettem rá, hogy "áh Józsi, te nem vagy fizikus, mindig csak a pincében bütykölsz, és szerintem sutyiban pálinkázgatsz is, meg különben is, a 'kemény' az nem egy halmazállapot, a 'kemény' szót mi fizikusok másra használjuk". Pedig ha odafigyeltem volna arra a "hülye" Józsira, már egy hete hógolyózhatnék kint a többiekkel, a helyett, hogy mindenféle hülye fizika könyveket olvasgatok. Valami hasonló a helyzet a "valódi" fizikában is. Vannak törvények, a dolgok többségére alkalmazhatóak is ezek, de ha találunk valamit, amire nem, mindig késznek kell lenni megváltoztatni az addigi vélekedésünket. Az is lehet, hogy az egész eddigi világnézetünket ki kell dobni a kukába, vagy legalábbis csak az új törvények speciális eseteként értelmezni. Ez adott esetben fájdalmas lehet, de meg kell tenni, másképp együtt kell élnünk a tudattal, hogy hazugságokban élünk, és lehet, hogy jó dolgokról maradunk le emiatt, mint amilyen a hógolyózás, vagy éppen a vízzel hajtott autó. Persze azt is megértem, hogy egy fizikusnak 1000 kamu eset után semmi kedve foglalkozni az 1001.-kel, mégis meg kell tennie, ha felelősségteljes állításokat akar tenni. Ha ezt kihagyva állít biztos dolgokat, azzal a saját hitelességét veszélyezteti, és ugyanolyan "kóklerré" vélik, mint azok az emberek, akiket ő maga tart "kóklereknek". Csak hogy érzékeljük, hogy ez mennyire igaz, gondoljunk bele, itt van az univerzum, emberi léptékkel felfoghatatlan nagyságú. Ebben a végtelen sötétségben a porszemnél is porszemebb kis piszok a mi föld bolygónk. Kis golyókat gurigatunk ide-oda, ütköztetjük őket, és felfirkantunk néhány egyszerű képletet egy papírfecniere (ez volna a Newtoni mechanika), aztán elővesszük a távcsövet, elnézünk olyan messzire, ahová a fénynek is évekig tart, míg odaér (az is lehet, hogy amit látunk, már rég nincs is ott), és a látottakra azokat a törvényeket alkalmazzuk, amiket itt papírfecniken összeszedtünk. Honnan vesszük a bátorságot mindehhez? Hogyan merjük azt állítani, hogy ami itt működik, az ott is fog? Honnan tudhatjuk, hogy a fizikai térvényeink nem csak mondjuk a naprendszer pereméig érvényesek? Mi van, ha a csillagokat csak úgy vetítik elénk Isten óriás planetáriumában, miközben az ufók reggelihez valami valóságshowként nézik az életünket, mint az emberek a Truman Show-ban? A fizika hit, olyan mint bármely vallás, az alaptétele pedig, hogy a világ egyszerűen leírható, és ha valamire sok kísérletet végzünk, ami alapján felírunk egy törvényt, az mindenre működni fog. De ez magában rejti azt is, hogy bizonyosságokat soha nem állíthatunk, mindig késznek kell lenni a megújulásra, a dolgok átértékelésére, és el kell fogadni, sőt kutatni kell azokat az eseteket, ahol az eddigi elméleteink nem működnek, mert csak így lehet fejlődni, és a fejlődéssel sok minden újat kaphatunk, mint ahogy eddig is kaptunk.

Szívesen írnék még a hidrogénről, mint energiaforrásról. Ez is egy érdekes téma, oly annyira, hogy szerintem majd egy új postot szentelek neki, egy postba elég ennyi okoskodás... ;)