A Miskolci Egyetemen már tudják, hogyan lehetne megtisztítani Miskolc rákkeltő levegőjét

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:

1. Andy Whittaker, Kelly Bérubé, Tim Jones, Robert Maynard, Roy Richards:
Killer smog of London, 50 years on: particle properties and oxidative capacity. Hely nélk.: Elsevier Ltd., 2004. 12 1, Science of the Total Environment, 334-335. kötet, old.: 435-445.

2. D.T. Mage, E.M. Donner:
5, hely nélk. A genetic hypothesis for cause of death during the 1952 London fog. Elsevier Ltd., 1995. 11, Medical Hypotheses, 45. kötet, old.: 481-485.

3. Smog formation.
UC Davis ChemiWiki. [online] http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Kinetics/Case_Studies/Smog.

4. Thermal Inversions and Photochemical Smog.
California Environment Home. [online] http://daphne.palomar.edu/calenvironment/smog.htm.

5. The effects of ozone pollution.
Yourlunghealth.org. [online] 2006. 9. 12. http://www.yourlunghealth.org/healthy_living/pollution/outdoor/effects/.

6. J. B. Zhang, Z. Xu, G. Yang, and B. Wang:
Peroxyacetyl nitrate (PAN) and peroxypropionyl nitrate (PPN) in urban and suburban atmospheres of Beijing, China. 2011., Atmos. Chem. Phys. Discuss., 11. kötet, old.: 8173-8206.

7. Barbecue Rule Adopted to Take a Bite Out of Smog.
Cone, Marla. Los Angeles : ismeretlen szerző, 1990. 10 6, Los Angeles Times.

8. Időjárás és környezet.
Origo. [online] 2010. 1 18. http://www.origo.hu/idojaras/20100118-szmog-fustkod-kialakulasa-okai.html.

9. Budai Tamás, Czigány Szabolcs:
Földtudományi Alapismeretek, A légkör szerkezete. Pécsi Tudományegyetem. [Online] http://tamop412a.ttk.pte.hu/files/kornyezettan9/www/ch17s02.html.

10. Lackner, Klaus S., Grmies, Patrick és Ziock, Hans-J.:
Capturing Carbon Dioxide From Air. National Energy Technology Laboratory. [Online] http://www.netl.doe.gov/publications/ proceedings/01/carbon_seq/7b1.pdf.