„Környezetkímélőbb az energiatermelés és a repülés a tüzeléstechnikai eljárásunkkal”

Az új módszert kidolgozó ifjú műegyetemi gépészmérnököt rangos elismeréssel jutalmazták.

„A munkám egyben a hobbim, és örülök, hogy a doktori képzés után nem a vállalati szférában helyezkedtem el, hanem a Műegyetemen maradtam: itt megvan a kutatói szabadság, az ipari partnerek általában nem írnak elő feszes határidőket. Szinte tetszőleges tudományos témában nyújthatunk be pályázatot, és ha megnyerjük a támogatást, azzal foglalkozhatunk, amivel igazán szeretnénk” – vallotta a bme.hu-nak Józsa Viktor, a BME Gépészmérnöki Kar (GPK) Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék legfiatalabb docense azután, hogy 2020 decemberében a tíz Junior Prima Díjas kutató közé választották. A szakember a hőtechnikai modellezés, az energetikai méréstechnika, valamint a hőerőgépek témakörökben oktat és témavezetőként dolgozik az intézményben. Kiemelte, a most elismert eredmények nem magányos munka révén születtek meg: az évek során felépített tüzeléstechnikai kutatócsoportja színvonalas szakmai műhellyé alakult, ahol a tagok egyenrangú partnerekként tevékenykednek.

Józsa Viktor Junior Prima Díjának odaítélésében nagy szerepet játszott egyik kiemelkedő kutatási eredményének számító, új tüzelési koncepció, az ún. keverék hőmérséklet-szabályozott tüzelés kifejlesztése. Az újítás a jelenlegi csúcstechnológia, az iparban is alkalmazott ún. perdületes égő koncepciójához képest csaknem 50%-kal csökkenti a nitrogénoxidok kibocsátását, miközben a többi káros anyag koncentrációját elenyésző szinten tartja. A megoldás ipari bevezetését korlátozó tényező egyelőre nem ismeretes: ugyanakkor a jelenleg elterjedt megoldások egyes hátrányos tulajdonságait – például termoakusztikus oszcillációk vagy lángkialvás tüzelőanyagban szegény keverék esetén – kiválóan kiküszöböli.

„Az emberiség összes energiafelhasználásának több mint 80%-a kötődik tüzeléshez. Belátható, hogy a fenntartható fejlődés érdekében számos, a tüzeléshez kötődő technológiát célszerű kivezetni, mint például a belső égésű motorokkal felszerelt járműveket néhány kilométeres távon, továbbá a háztartási kazánokat hosszabb távon. Viszont számos olyan ipari alkalmazás létezik, ahol tüzelésre szükség lesz a jövőben is. Ugyanígy az interkontinentális repülés is jelenlegi ismereteink szerint racionálisan csak gázturbinás sugárhajtóművekkel képzelhető el. Azonban a felhasznált tüzelőanyag tekintetében sokat tehetünk a környezetünkért, hiszen csaknem 700 °C fölötti hőmérséklet esetén kizárólag a tüzelőanyag elemi összetétele számít, annak származása, molekulaszerkezete nem releváns. Így a fosszilis tüzelőanyagokhoz ma már sok esetben bioüzemanyagokat adnak. Jelenleg is számos élvonalbeli kutatás folyik a hidrogén, az ammónia és különböző szénhidrogének gazdaságos előállítása és tüzelése kapcsán az Európai Unióban és a világ vezető országaiban egyaránt, melyekben mi is részt veszünk. A másik fontos terület a tüzelőanyagokkal összefüggő vizsgálatok mellett a károsanyag-kibocsátás csökkentése, amiben a keverék hőmérséklet-szabályozott tüzeléssel komoly áttörést sikerült elérnünk. Ezen eljárással lényegesen környezetkímélőbbé tehetjük az energiatermelést, valamint a döntően gázturbinát alkalmazó légi közlekedést” – hangsúlyozta a kitüntetett, hozzátéve, a téma hosszú évek során érett sikerré: diákként először mechanikából TDK-zott, majd az Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék docense, Sztankó Krisztián támogatásával az érdeklődési köréhez jobban illeszkedő gázturbinás terület kérdéseivel ismerkedett meg és indult el a hallgatóknak rendezett konferenciákon. Az első kísérleteik során bioetanolt juttattak egy mikro-gázturbinába, majd megfigyelték a tűztérben való hasznosulását. Később egyéb tüzelőanyagok, például nyers napraforgóolaj használata is felmerült, de mint a szakirodalomból megtudták, ennek nem megfelelő kezelése nagy károkat okozhat a gép belsejében. Ezért egy kiszerelt gázturbinaégőn számos további vizsgálatot végzett Kun-Balog Attilával, a tanszék későbbi tanársegédjével, valamint Sztankó Krisztiánnal. Az évek során számos tüzeléstechnikai vizsgálatot indítottak az egyedi égőn, pályázati lehetőségeket is kihasználva fejlesztették mérési kapacitásaikat, például egy komolyabb kondenzátormikrofont is beszereztek, lángdiagnosztikai kutatásokat lehetővé téve.

GE9X, a világ legnagyobb teljesítményű modern sugárhajtóművének metszete (Forrás: conceptbunny.com)

Józsa Viktor és Kun-Balog Attila a közelmúltban szabadalmi bejelentést tettek, és jelenleg is zajlik az újdonságtartalmának vizsgálata. „A lángzaj tulajdonságainak feltérképezése nagy kihívást jelent, mert magának a tüzelésnek egyáltalán nincs jellegzetes zaja: ez a kémiai reakciók és az áramlási tér kölcsönhatásának hallható eredménye. Ebben a komplikált ’masszában’, ami egy erősen zajos akusztikai jel, kell megtalálni a szabályosságokat. Az eredményünk újabb lángdiagnosztikai eljárások alapja lehet, erre kértük az oltalmat” – ecsetelte a díjazott, kiegészítve: jelenleg a gázturbinaégők jövőjét a minél inkább tüzelőanyag-szegény keverékek égetése jelenti, mert így biztosítható a legalacsonyabb károsanyag-kibocsátás. Ahhoz hogy ezt elérjék, olyan határokon kell működtetni az égőteret, ami mindenképpen online felügyeleti rendszer alkalmazását teszi szükségessé. Ehhez kapcsolódik az eljárás, hogy pontosan szabályozzák tüzelést, és a lehető legkedvezőbb módon történjen az üzemelés.

A Junior Prima Díj odaítélésében szintén jelentős súllyal bírt, hogy Józsa Viktor 2014-2019 között a SMOG pikoműhold-család gépészeti vezetőtervezőjeként dolgozott. A munka kihívásait felidézve elmondta: „a Masat-1 sikerén felbuzdulva kisebb űreszközt megalkotására vállalkozott a korábbi fejlesztőcsapat: ehhez rendelkeztek villamosmérnöki háttérrel, de hőtechnikai számításokra is nagy szükség volt több gépészmérnöki tudást igénylő feladat mellett”. Azt kellett megoldani, hogy a műhold, elsősorban az akkumulátora ne hűljön le 0 °C alá a csaknem -270 °C-os környezetben, amihez a rendelkezésre álló átlagos belső hőfejlődés mindössze 200 mW körül alakult. Végül egy sikeres, ún. hőáramhálózatos modellt készítettek, lehetővé téve több ezer keringést: ezzel a hosszú távú hőegyensúlyt szimulálják, mielőtt felkerülne a szerkezet a világűrbe.

A Junior Prima díjas docens 2019 óta a GPK Informatikai Bizottságának elnöke, emellett a Grammarly angol nyelvi ellenőrző, valamint a Turnitin plágiumkereső szoftverek egyetemi szintű koordinátora. (A központi szoftver ellátás honlapja: net.bme.hu/sw.) 2014 óta tagja a Magyar Égéstudományi Bizottságnak, 2018-tól a világszerte megrendezett SDEWES (Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems) konferenciák tudományos tanácsadó testületének, 2019-től rendszeres bíráló az Energies folyóiratban, továbbá szoros kutatási együttműködést folytat a Brnoi Műszaki Egyetemmel és a Shanghai Jiao Tong Egyetemmel. Tudományszervezői tapasztalatai nagymértékben segítették a járványhelyzet alatti online átállás megszervezését. „A műegyetemi pályám során a különféle megbízatások, ösztöndíjak, tudományos elismerések mindig megadták azt a támogatást, ami a nyugodt, megbízható munkavégzéshez és az élethez kell, a mostani elismerés is azt igazolja, hogy jó úton járok” – összegezte az ifjú tehetséges kutató.

HA-GI

Fotó: Philip János