MESTERSÉGES ESŐ ÉS FELHŐ
(2025 március)
Sokan gondolkodnak "esőcsináláson". Vegyszereket, leggyakrabban ezüst-jodidot, sókristályokat vagy újabban titán-dioxid részecskéket juttatnak a felhőkbe. Javaslat: egy fordított működésű Heller-Forgó-féle hűtőtorony: a tenger feletti páradús levegőt nagy mennyiségben tengervízzel hűteni, a működtetés célja nagy mennyiségű felszálló hűtött páradús levegő előállítása, ami -ha túlhűl- esőfelhőt alkot. // CLOUD SEEDING: Many researcher are thinking about "cloud and rainmaking". Chemicals, most often silver iodide, salt crystals or more recently titanium dioxide particles, are injected into clouds. A proposal is: applying the Hungarian Heller-Forgó cooling tower in reverse operation: to cool the humid air above the sea or lakes by sea water, the operation is designed to produce large quantities of rising humid air, which, if overcooled, form clouds.
Többen gondolkodnak "esőcsináláson", és az ellenzők száma csökken. Kínában rakétákkal, Dubajban drónokkal próbálkoznak esőt csinálni felhőkből. Mesterséges esőcsinálásban kisebb-nagyobb eredményeket csak az 1960-as évek közepétől tudtak felmutatni, főként Ausztráliában, az Egyesült Államokban és Izraelben. (https://www.agroinform.hu/szantofold/valoban-lehetseges-esot-generalni-ha-igen-hogyan-80058-001?utm_source=hirlista&utm_medium=cpc&utm_campaign=HIRpromo&utm_content=80058 és https://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_seeding). A kutatás módja az internetes keresés volt, célja az ismeretterjesztés.
Vegyszereket, leggyakrabban ezüst-jodidot, sókristályokat vagy újabban titán-dioxid részecskéket juttatnak a felhőkbe, melyek mint kondenzációs magok elősegítik a felhőben lévő nedvesség kicsapódását, ekkor esőcseppek vagy jégkristályok alakulhatnak ki, és csapadék formájában a földre hullanak. A feljuttatás repülőgépekkel, rakétákkal, földi generátorokkal, sőt, napjainkban drónokkal is történik. Újabban csapadékot serkentő elektromos töltéseket szállító drónokkal vagy a részecskeképződést előidéző infravörös lézerimpulzusokkal is kísérleteznek. A több évtizedes kutatás és kísérlet ellenére a felhő készítés hatékonysága továbbra is kérdéses a tudósok körében, és a tanulmányok vegyes eredményeket mutatnak. A cél az, hogy megindítsák, növeljék egy adott felhőből lehulló csapadék mennyiségét. Például az Egyesült Államok nyugati államaiban a módszert főként hóképzésre használják, hogy ezzel biztosítsák a nyári időszakra szükséges vízkészletek utánpótlását a tározókban. Gazdasági szempontból a technológia kedvezőbb, mint például a tengervíz sótalanítása vagy a víz távoli helyekre történő szállítása. A fő költségtényezőt a repülőgépek üzemanyag-felhasználása, illetve a különféle eszközök működtetésének költsége jelentik. Környezetvédelmi szempontból az ezüst-jodid kijuttatott anyagmennyisége elenyésző, nem okoz kimutatható környezeti károkat.
A képen egy vegyszert – ezüstjodidot vagy szárazjeget – a felhőbe juttatnak.
A jobb felső sarokban látható folyamat az, ami a felhőben történik, a kondenzáció folyamata.
A világban több ország is foglalkozik a csapadékkeltéssel. Az Egyesült Államokban már az 1940-es évek óta folynak ilyen kísérletek, különösen a nyugati és délnyugati államokban. Kína szintén élen jár a módszer fejlesztésében és alkalmazásában – ott az 1950-es évek óta van erre irányuló program, és céljuk, hogy erre az évre, 2025-re az ország területének felét lefedjék ilyen rendszerekkel. A kínaiak a technológiát nemcsak mezőgazdasági célokra használják, hanem a légszennyezés csökkentésére is: eső segítségével tisztítják meg a levegőt a szmogtól. Az Arab-félsziget gazdag országaiban, Dubajban speciális, titán-dioxiddal bevont nanorészecskéket alkalmaznak, repülőgépekről és drónokról juttatják a felhőkbe. Dubajban az esővíz elvezetésére szolgáló rendszerek nincsenek kellően kiépítve, így egy kisebb eső is villámárvizet okozhat.
Légköri vízgenerátorok
Az vízgenerátor (néha légkút néven) egy olyan eszköz, amely vizet von ki a levegőből, és ivóvizet állít elő. A levegőben lévő vízgőz kivonható kondenzációval – a levegő harmatpontja alá hűtésével, a levegőt nedvszívó anyagokon, membránokon, amelyek csak vízgőzt engednek át, összegyűjtik a párát, sőt nyomás alá helyezik a levegőt. A vízgenerátorok ott hasznosak, ahol nehéz ivóvízhez jutni, mivel a környezeti levegőben mindig van vízpára. A tengervizes vízgenerátoroknak jelentős az energiaigénye, de passzív működés is lehetséges légköri vízpára esetén, a hőmérséklet-különbségekre támaszkodva. (https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_water_generator). A fordított ozmózisos tengervíz sótalanítást általánosan használják.
2022-ben egy cellulóz/konjac gumi alapú kiszárítót mutattak be, amely 13 l/kg/nap vizet termelt 30%-os páratartalom mellett, és 6 l/kg/nap vizet 15%-os páratartalom mellett. 2024-ben a kutatók egy olyan eszközt jelentettek be, amely egymástól 2 mm-re elhelyezett függőleges bordákat használ. A bordák rézlemezek, zeolittal bevont rézhabokba burkolva. A víz felszabadul, amikor a rézlemezeket 184 °C-ra (363 °F) hevítik. A bordák óránként egyszer telítődnek 30%-os páratartalmú levegővel. Óránként felfűtve naponta 5,8 litert (1,5 gal) tud termelni kilogrammonként.
Technológiák
A hűtésen alapuló rendszerek a leggyakoribbak, a higroszkópos rendszerek pedig ígéretesek. A hibrid rendszerek kombinálják az adszorpciót, a hűtést és a kondenzációt. A légkút egy másik módja a nedvesség passzív összegyűjtésének. A kondenzációs rendszerek a legelterjedtebbek. Kompresszort használnak a hűtőközeg kondenzátoron keresztül történő keringetésére, és egy elpárologtató tekercset a környező levegő hűtésére. Amikor a levegő eléri a harmatpontját, a víz lecsapódik a kollektorba. A ventilátor a szűrt levegőt továbbítja a tekercsen. A tisztító/szűrő rendszer eltávolítja a szennyeződéseket, és csökkenti a környezeti mikroorganizmusok által jelentett kockázatot.
A minimálisan szükséges energia (https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_water_generator)
A víztermelés sebessége függ a környezeti hőmérséklettől, a páratartalomtól, a tekercsen áthaladó levegő mennyiségétől és a gép hűtőteljesítményétől. A vízgenerátorok, a légkutak hatékonyabbá válnak a relatív páratartalom és a levegő hőmérsékletének növekedésével. Alapszabály, hogy a hűtőkondenzációs készülékek nem működnek hatékonyan, ha a környezeti hőmérséklet 18 °C (65 °F) alá esik, vagy a relatív páratartalom 30% alá esik.
A párátlanító klímaberendezések nem iható vizet termelnek. A viszonylag hideg (harmatpont alatti) párologtató tekercs kondenzálja a vízgőzt a feldolgozott levegőből.
A higroszkópos technikák abszorpciót vagy adszorpciót alkalmazva vonják ki a vizet a levegőből, kiszárítják a levegőt. A szárítószerek lehetnek folyékonyak ("nedvesek") vagy szilárdak. A víz visszanyeréséhez regenerálni kell őket (jellemzően termikusan). A leghatékonyabb és legfenntarthatóbb módszer a napenergiával működő adszorpciós hűtőszekrény használata, amely felülmúlja a fotovoltaikus meghajtású rendszereket. A rendszerek hulladékhőt használnak, pl. szivattyúzáshoz vagy éjszakai működéshez, amikor a páratartalom hajlamos emelkedni. 2024-ben egy szorpciós alapú atmoszférikus vízgyűjtő technológia, amely nagy sűrűségű hulladékhővel működő bordasoros adszorpciós ágyat alkalmaz, napi 5,8 liter/kg szorbenst mutatott ki 30%-os páratartalom mellett egy 1 l-es adszorbens ágyon és kereskedelmi adszorbenseken keresztül.
Nedves szárítószerek: folyékony szárítószerek például a lítium-klorid, lítium-bromid, kalcium-klorid, magnézium-klorid, kálium-formiát, trietilénglikol. A tömény sóoldat is szárítószerként szolgálhat. A sóoldat felszívja a vizet, amelyet ezután kivonnak és megtisztítják. Egyes változatok 5 liter vizet termelnek egy liter üzemanyagból. A tornyokon kívülről lefolyó koncentrált sóoldat elnyeli a vízgőzt. A sóoldat ezután részleges vákuum alatt belép egy kamrába, és felmelegszik, így vízgőz szabadul fel, amely lecsapódik és összegyűjtődik. Amint a kondenzvíz a gravitáció segítségével távozik a rendszerből, vákuumot hoz létre, amely csökkenti a sóoldat forráspontját. A rendszer passzív napenergiával működtethető. A hidrogélek képesek felfogni a nedvességet (például éjszaka a sivatagban).
Mesterséges tengeri felhők
A tengeri felhők mesterséges létrehozása, a tengeri felhőfejlesztés egyik célja, hogy több napfényt visszaverve az űrbe, a globális felmelegedést csökkentsük. Egyike annak a két módszernek, amelyek jelentős hatást gyakorolhatnak az éghajlatra, és alacsonyan a légkörben, mert a sztratoszférikus aeroszol befecskendezés igen magasan történik. A módszerrel lehetséges a helyi területeket megóvása a túlmelegedéstől. Amennyiben nagy léptékben használnák, csökkentheti a Föld albedóját; korlátozhatja az éghajlatváltozást. A hűtőhatás gyorsan érezhető, és rövid időn belül visszafordítható. Továbbra is technikai akadályok állnak a tengeri felhők nagymértékű létrehozása előtt. Nagyon kis tengervízcseppeket permeteznek a levegőbe, hogy növeljék a felhő albedóját, ami javítja a felhő kondenzációs magjait, megváltoztatva a felhőcseppek méreteloszlását, hogy jobban tükrözzenek.
A Csendes-óceánon a hajók a fényes felhőösvények sokaságát hagyják a légkörben. A keskeny felhők, az úgynevezett hajónyomok akkor keletkeznek, amikor a vízgőz lecsapódik apró szennyező részecskék körül, amelyeket a hajók közvetlenül kipufogógázzal bocsátanak ki. A tengeri felhők albedó módosítása megfigyelhető jelenségeken alapul. Ma az emissziós részecskék, például a korom keverednek a légkörben lévő felhőkkel, és növelik az általuk visszavert napfény mennyiségét, csökkentve a felmelegedést. A hűtőhatást 0,5 és 1,5 °C közé becsülik, és az egyik legfontosabb ismeretlen az éghajlatkutatásban. A tengeri felhők albedójának növeléséhez hasonló hatás létrehozását javasolják jóindulatú anyagok, például tengeri só felhasználásával, amire a tengeri rétegfelhők a legalkalmasabbak. Gyakoriak a szubtrópusi és a középső szélességi óceánok hűvösebb vidékein, ahol lefedettségük átlagosan 50%-ot is meghaladhat egy év alatt. A felhőkondenzációs magokként alkalmas a tengervízből származó só, bár vannak más anyagok is is. (https://en.wikipedia.org/wiki/Marine_cloud_brightening)
Az itt javasolt kísérleti eszköz a fordított működésű Heller-Forgó-féle hütőtorony
Az eredeti torony működési paraméterei:
- a levegő mennyisége, a hűtendő víz mennyisége, a folyadék állapotban maradt, lehűlt víz kilépő mennyisége;
- a vízből elpárolgott gőz mennyisége; az anyag hőtartalma a belépő vagy kilépő pontban.
A vízből a pára az adott nyomáson a levegőbe diffundál, akárcsak az adiabatikus szárításnál, de a hűtőtorony tetején kilépve, relatív nedvességtartalma a telítési állapot fölé kerül, ezért a gőz azonnal, messziről látható pára formájában kicsapódik. Nagymennyiségű, ipari víz lehűtését végzik a hűtőtoronyban áramló levegő segítségével. Toronyszerű berendezések, amelyekben a vizet áramló levegővel szemben permetezik. A torony kialakítása áramlástani megfontolásokra vezethető vissza. A Venturi-cső alakú tölcsérben csökken a nyomás, és emiatt a víz egy része párologni kezd. A párolgáshoz szükséges hőt elvonja a víz el nem párolgó részétől, ami a nagytömegű víz lehűlését okozza.
(https://inno-anno.blog.hu/2018/09/28/a_heller_forgo-fele_hutorendszer, https://www.sztnh.gov.hu/hu/magyar-feltalalok-es-talalmanyaik/mozgokepek-a-magyar-technika-tortenetebol/1958-heller-laszlo-es-0, https://mvmegi.mvm.hu/hu-HU/TermekekEsSzolgaltatasok/SzarazhutoRendszerek/HellerIndirectDryCoolingSystems)
Főbb alkotó elemei a vízhűtésű kondenzátor (akár felületi, akár keverő kondenzátor), a száraz hűtőtorony Forgó-típusú apróbordás léghűtőkkel, valamint az ezeket zárt hűtővízkörbe foglaló csövek a keringető vízgépekkel. A turbinából kilépő fáradt gőz hútése a feladat, ami a kondenzátorban a hideg hűtővíz segítségével kondenzálódig, majd az így felmelegedett hűtővíz a száraz hűtőtorony léghűtőiben hűl vissza, ezzel alkalmassá válva a kondenzátor újbóli hűtésére. A Heller hűtés alkalmazható változatos környezeti viszonyok között.
A Heller-Forgó-féle hütőtorony fordított működése: a tenger feletti páradús levegőt nagy mennyiségben tengervízzel hűthető, a működtetés célja nagy mennyiségű felszálló páradús levegő előállítása, ami -ha túlhűl- esőfelhöt alkot.
Működési elv (https://mvmegi.mvm.hu/hu-HU/TermekekEsSzolgaltatasok/SzarazhutoRendszerek/HellerIndirectDryCoolingSystems)
Az egyik kép a szabadalmi kérelemből
