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.
