Reaktor a fedélzeten? – 1. rész

A világ számos politikai ereje úgy tűnik, hogy nagyon is valós szándékot mutat a belső égésű motorok, de legalább a fosszilis tüzelőanyagok sírba küldésére. Közlekedési infrastruktúránk alapvetően a belső égésű motorokon alapul, így hirtelen váltás lehetetlen. Az Európában legerősebb alternatívaként számontartott akkumulátoros elektromos hajtás elméletileg jó megoldás, viszont a technológia egyelőre még nincs abban a helyzetben, hogy teljes egészében kiváltsa a belső égésű motor összes kényelmét és relatíve kedvező költségét, fenntarthatóságát. Ezzel együtt az elektromos hajtásláncok perspektívája nagyon is vonzó, főként, ha olyan energiaforrást találnánk, ami szinte kimeríthetetlen. Régen már felmerült és a mostani dilemmák között is helye lehet az atomenergiának az autó fedélzetén. Miért igen, de főként miért nem? Erre a kérdésre keressük a választ cikksorozatunkban.

Már a múltban is szó volt róla, az 1950-es években, a nukleáris láz tetőpontján született Ford "Nucleon" egyfajta gondolatkísérlet volt – olyan autó koncepciója, amely elméletileg több mint 8000 km-t képes megtenni tankolás nélkül. Sajnálatos módon az ilyen autók valósággá alakításához szükséges technológia messze meghaladta a korabeli lehetőségeket. A „Nucleon” egy 5,09 méter hosszú és 1,97 méter széles autó lett volna, körülbelül olyan hosszú, mint a Ford Maverick pickup, de annál valamivel szélesebb. Az autó 1,05 méter tervezett magassága, csak egy kicsivel volt magasabb, mint egy Ford GT40. Kerekei is elég közel voltak egymáshoz, hogy elbírják a fedélzeten elhelyezett atomreaktor feltehetően nagy súlyát. Ami az erőforrást illette, a Ford úgynevezett "erőkapszulában" gondolkodott, amely a "Nucleon" "csomagtartójában" kapott volna helyet. A korabeli tervek szerint ez a reaktor könnyen szervizelhető és „tankolható” lett volna és "elektronikus nyomatékváltókon" keresztül termelt volna energiát az autó mozgatásához. Azonban még a "Nukleon" sem az első volt a sorban, 1941-ben például Dr. R. M. Langer, a Caltech fizikusa a Popular Mechanics januári kiadásában Urán-235 meghajtású jármű ötletét fejtegette.

Mi volt fő akadály?

A nukleáris reaktor gépkocsihoz való zsugorítása technikailag nagyon nagy kihívást jelentett. Azonban a fő kérdés nem a "minireaktor" gyártása volt, hanem az általa termelt energiamennyiség biztonságos tárolása és kezelése. Különösen a megtermelt hőenergiát mechanikai energiává alakítása, ami általában többféle energiaátalakítási folyamatot igényel.

Az atomreaktorok általában a vizet gőzzé alakítják, így hőenergiát hoznak létre, amelyet aztán gőzturbinán keresztül mechanikai energiává alakítanak át. Ezt a mechanikai energiát általában villamos energiává alakítják. Ha ezt a folyamatot belezsugorítják egy autóba, további átalakításra lenne szükség, hogy az elektromosságot ismét mechanikai energiává alakítsák vissza. Minden ilyen átalakítási lépés során energiaveszteség keletkezik, általában hő formájában. Ez különösen problémás lehet egy valós atomautó esetében, különösen magas hőmérséklet esetén. (a Szerk.)

A belső égésű motorokban a hulladékhő a kipufogógázokon és a hűtőrendszeren keresztül távozik. Az atomreaktorból eltávolítandó hőt viszont nem lehet egyszerűen a környezetbe juttatni, ezért más módon kezelik. Ehhez valószínűleg zárt rendszerű hőcserélőkre lenne szükség, amelyek a légszivattyús klímarendszerekhez hasonlóan működnek. Egy ilyen megoldás extra súlyt és veszteséget jelenthet az autó elektromos rendszerében és komolyan befolyásolhatja a jármű esztétikáját is.
 

És most miért nem?

Az atommeghajtású járművekkel kapcsolatos potenciális problémák tekintetében számos szempontot kell figyelembe venni. A technológia hívei számára a jelenlegi fejlemények ígéretesek lehetnek, de a rendszer biztonsága kulcsfontosságú kérdés, különös tekintettel az erősen radioaktív energiaforrásra. Az utasok és a nagyközönség védelme érdekében szigorú intézkedéseket kellene bevezetni a sugárzás expozíció minimalizálása érdekében. A hatóságoknak meg kell határozniuk az elfogadható felső határt, melynek túllépése esetén sugárbetegség tünetei jelentkezhetnek. Ennek azonban hatása van az autó tömegére és esztétikai hátulütői is lehetnek. A nukleáris energia típusától függően az atomautóknak megfelelő árnyékolást kell biztosítaniuk, ami növelheti méretüket és manőverezési nehézségeiket. Emellett a jármű túlélését ütközés esetén komoly kérdésként és aggodalomként kell kezelni, mivel egy baleset nukleáris szennyeződést okozhat.

Mindezek alapján egyelőre kérdéses, hogy az atomautó képes lenne-e megfelelni a biztonsági kritériumoknak és leküzdeni az esetleges technikai és etikai kihívásokat a jövőben.

Hol tartunk manapság?

2009-ben a fejlesztők naprakészebb javaslatot tettek egy nukleáris autóra. A Cadillac World Thorium Fueled Concept Car néven - tervezői szerint elméletileg több mint 100 évig üzemelhetne minimális karbantartás nélkül. A koncepcióautó a 2009-es Chicagói Autószalonon debütált, de csak bemutató darabként – a motorháztető alatt nem volt működő atomreaktor. A tórium jó választás, mivel kevésbé radioaktív és bőségesebben fellelhető, mint más nukleáris fűtőanyagok, például az urán. Valójában a nukleáris minireaktorok egyes modern tervei a tórium fűtőanyagként való felhasználásán alapulnak. A tórium enyhén radioaktív nehézfém, az egyik legkevésbé káros és veszélyes radioaktív elem, amelynek számos előnye van, beleértve az alacsonyabb károsanyag-kibocsátást és a hosszú élettartamot.

Az autó tulajdonosának teljes életére mindössze 8 gramm tórium elegendő lenne, ami elképesztően hatékony energiatermelést tesz lehetővé. Egy gramm tórium 28390 liter benzinnek megfelelő energiamennyiséget termelhet. Tegyük hozzá még, hogy a Föld kérgében az urániumnál négyszer több tórium található.

A Cadillac WTF Concept egy Salvador Dalí-stílusú futurisztikus koncepcióautó, tervezése során a fejlesztők ultra-erős és hosszan tartó anyagokat alkalmaztak és minden fő rendszer redundánsan van jelen, minimalizálva ezzel a karbantartási, illetve javítási problémákat. A nukleáris reaktor az autó hátsó részében található biztonsági okokból.

A koncepcióautó intuitív kezelési jellemzőket kínál flexibilis vázkialakítása révén, amely az emberi izomszerkezethez hasonlóan működik. Az abroncsok felülete automatikusan beáll az út felszínéhez, maximalizálva ezzel az energiafelhasználást a jármű hajtásához.

Bár a Cadillac WTF Concept jelenleg csak virtuális prototípus, még sok ismeretlen tényező van, mint például a bejutás módja, az építéshez használt anyagok, a költségek és a gyártás kezdeti dátuma. Ugyanakkor a tórium alapú tüzelőanyag használatával a Cadillac merész lépést tehet a fenntarthatóbb és környezetbarát közlekedés felé.

De vannak más megközelítések is: az "atomi akkumulátor" gondolata, illetve a tóriummal előállított lézer használata hajtásra, ezekről cikkünk következő részében írunk.

Tehát: folytatjuk!

„Nucleon” témában az alábbi videón múltidézhetünk:

A jelennel és a Cadillac WTF Concept koncepcióautóval pedig itt ismerkedhetünk:

Forrás: interestingengineering.com