Miskolci Egyetem. Szmogkémény. Kísérlet a szennyezők eltávolítására

Miskolci Egyetem kutatások szmogkémény.

Kísérlet a szennyezők eltávolítására

Az inverziós réteg gyakorlatilag bezárja a szennyezőket a talajközeli rétegbe. Ezt a hatást csökkenteni olyan intézkedésekkel lehet, melyek hatására csökken a kibocsátó források száma (pl. szilárd tüzelés csökkentése, forgalomkorlátozás). Légmozgás hiányában vagy gyenge légmozgás esetén a szennyező-koncentráció növekedhet is, és több napig is eltarthat, míg a szennyezés feloszlik. Kutatásunk célja egy olyan eszköz, amelynek segítségével a kialakult szmog koncentrációja csökkenthető.

Ennek eszköze lehet egy az inverziós réteget áttörő „kémény”. A konkrét megvalósításhoz egy gyorsan felállítható, könnyű szerkezetű kéményt készítettünk, amelynek az alja a füstködből indul, teteje pedig az inverziós réteg fölé nyúlik. Ilyen módon természetes vagy mesterséges áramlás révén a szennyezett levegő el tud távozni a felállítás helyéről, helyébe a távolabbi városrészekből érkezik a kevésbé szennyezett levegő. Természetesen a berendezést lehetőleg a város legszennyezettebb helyén kell felállítani. A Miskolci Egyetem területén volt lehetőségünk elvégezni a kísérleteinket. Egy megfelelő területen állítottuk fel 3 különböző alkalommal a kéményünket. A kémény palástját alkotó anyag vékony, könnyű műanyag, vagy vászon.

A cső teste moduláris, elsősorban a szállíthatóság és szerelhetőség miatt. A kísérletekhez összesen 5 darab, egyenként 10 méteres szegmenst használtunk. A kémény alján szélesedő csonka kúp-palást (az ún. szoknya) szolgált injektorként. A kísérleti kémény átmérője 2 m, míg a szoknya alsó átmérője 6 m volt. A szegmensek és a szoknya rögzítése tépőzárral és rögzítő karabinerekkel történt. A kémény néhány méterrel a talaj felett lebegett, a tetejéhez emelőballonokat erősítettünk. Ezek az egyenként 5, illetve 3 méter átmérőjű, héliummal töltött ballonok tartották a levegőben a kéményszerkezetet. A kísérlet során a szmogot füstgyertyákkal szimuláltuk. Célunk volt a szennyezőanyagok terjedésének megfigyelése az áramlás beindulása esetén. Az 1. ábrán a kémény alja látható a szoknyarésszel, amint a füstgyertyából származó sárgás füst kitölti azt.

2-3 kép: Normál esetben (2) és inverziós réteg kialakulása esetén (3) a légköri hőmérsékletelosztás

Mivel a kísérleti kémény 50 méteres magasságával nem tudta áttörni az inverziós réteget (nem volt konkrét információnk az inverziós réteg elhelyezkedéséről), ezért nem alakult ki számottevő áramlás. Viszont a kivitelezés és tervezés során gyűjtött tapasztalatok nagyon hasznosak voltak, rámutattak a szerkezet gyenge pontjaira, ötletet adtak a továbblépéshez. Összességében a kezdeti kísérletek sikeresnek mondhatók, azonban ahhoz, hogy az eszköz gyakorlati alkalmazhatóságáról érdemi véleményt tudjunk mondani, további vizsgálatokat kell végezni. Ennek keretében részletes laboratóriumi modellkísérletekre van szükség a stabilitási, illetve konstrukciós kérdések megválaszolásához, valamint numerikus szimuláció segíthet a levegőtisztaság szempontjából reális méretek, sebességviszonyok meghatározásához. A törekvéseink reálisak, nem a valóságtól elrugaszkodottak.

Ennek bizonyítására Klaus S. Lackner és kollégái tanulmányára hivatkozom. Számításaik alapját egy 300 méter magas és 115 méter átmérőjű Heller-forgó jellegű torony képezi, amelynek a tetejére pumpált vizet radiális irányba permetezik, ezzel hűtve az ott lévő levegőt. A hőmérsékletcsökkenés miatt lefelé irányuló áramlás indukálódik a toronyban. Ilyen paraméterekkel naponta 15 km³ levegő áramlik át a tornyon. Az idézett szakirodalom szén-dioxid-csökkentési célú, a bemutatott torony elvben vagy a légkörből történő szén-dioxid-kivonásra, vagy villamos energia (3-4 MW) termelésére használható.

Számításaik szerint a fenti méretekkel rendelkező torony naponta 9500 tonna szén-dioxid megkötését tenné lehetővé. Tekintettel arra, hogy a jelen cikkben vázolt torony magassága körülbelül megfelel a Lackner-féle torony magasságának, a tervezett átmérője azonban csak 20 méter, a várható áramlási sebesség kisebb kell, hogy legyen a Lackner-torony esetén feltételezhetőtől. 5 m/s átlagos áramlási sebességet fel- tételezve a „szmogkémény” légszállító térfogatáramát várhatóan kb. 5,5 millió m³/órára becsüljük. Ebből következik, hogy a kémény óránként 1 km² területről 5,5 méter vastagságú légréteget mozgat át. Amennyiben e számításokat a gyakorlati mérések is igazolják, úgy az itt bemutatott eszköznek gyakorlatban is hasznosítható, lokális szennyezettség-csökkentő hatása lehet.

Nemes Alex, Palotás Árpád Bence

2-3. kép Normál esetben (2) és inverziós réteg kialakulása esetén (3) a légköri hőmérsékletelosztás

1. kép Sárga füstgyertya a légmozgás megfigyelésére, a kémény alján

Forráslista: