A Hét 1983/1 (28. évfolyam, 1-26. szám)
1983-03-04 / 10. szám
Tudomány-technika Több mint két évezreden át és egészen a XVIII. századig a tudományokban is kitüntetett helyet foglalt el a tűz. Hérakleitosz a tüzet tartotta a világ lényegének, szubsztanciájának. Arisztotelész a négy elem közül a legnemesebbnek tekintette, a többiek: a föld, a levegő és a víz elé helyezve. A XVIII. században, amikor a tudósok úgy vélték, hogy a tűz az égő anyag „flogiszton" formájában kibocsátott lényege, a vegyészet legfontosabb eszközeinek is a tüzet tekintették. Ám ez volt tündöklésének utolsó korszaka. Azóta bizony híre-rangja alaposan megkopott. Az idő múlásával a kémiai tankönyvek egyre rövidebb és rövidebb fejezetet szenteltek a jelenségeknek. Jó néhány korszerű vegyészeti szakkönyv pedig már meg sem említi a tüzet és a lángot. Egészen a legutóbbi időkig a tudomány szinte nem is vett tudomást a valamikori dicsőséges öselemről. Ml AZ ÉGÉS? Csak az elmúlt évtizedben vált ismét divatossá a tűz kutatása — bár képletesen szólva, a hátsó ajtón surrant be a laboratóriumba. Magáról a tűzről nem is igen esik szó: nem tudományos kifejezés. A kutatók szívesebben használják az égés szót. A tűz, ahogy őseink ismerték —- szemkápráztató, félelmetes, veszélyes és mindenütt jelenlévő jelenségként — szinte teljesen eltűnt modern világunkból. Ha nem gyújtunk cigarettára és villanytűzhelyen főzünk, napok telhetnek el úgy, hogy nem is látunk tüzet. Az égés — energiatermelésünk igáslova — persze életünk minden színterén jelen van: kemencékbe, kazánokba, belsőégésű motorokba rejtve. Az égés önfenntartó energiát termelő —, azaz exoterm vegyi reakció, amely hőt bocsát ki. Maga a folyamat nem szükségszerűen gyors. A szén például természetes, föld alatti erekben izzva olykor évezredekig ég. A lassú égés — az oxidáció — festi sárgára a százéves könyvek lapjait. A tűz ugyanis az égésnek csak egy különleges esete. Égés tűz nélkül is lehetséges, és maga az égés is csak az oxidáció egy változata, melynek során egy anyag atomjai elektronokat adnak le, miközben oxigénatomokkal kapcsolódnak össze. Égés tehát általában akkor történik, amikor a levegő oxigénje, meghatározott kritikus hőmérsékleten, reakcióba lép valamely tüzelőanyaggal. Az oxidációnak más formái is vannak, például a rozsdásodás. Igen lassan megy végbe: képzeletünk minden ereje is kevésnek látszik ahhoz, hogy ezt is égésnek tekintsük. Olykor azonban még a legérthetőbb és legegyszerűbb meghatározások is félrevezetőek lehetnek: a kutatók kimutatták, hogy égés oxigén nélkül is lehetséges — bizonyos fémek például nitrogénperoxidban és más hasonló anyagok közegében is elégnek, sőt kellően magas hőmérsékletben e fémek önmagukban is égnek. LÁNGMORZSÁK TÁNCA A tudomány érdeklődése a tűz iránt — hosszú idő után először — a második világháborút követően ébredt fel, amikor a nagyvárosok réme, a fotokémiai szmog megkezdte hódító útját. És bár a tudósokat esetenként az is foglalkoztatta, hogy égés közben milyen átmeneti égéstermékek keletkeznek, csak a keletkező vízgőz, szén-dioxid és szén-monoxid mennyiségét mérték, hiszen ezek jelentették a veszélyforrást. Az égés hatékonyságának kérdése, mint energetikai alapkérdés, föl sem merült. Volt még bőven tüzelőanyag. A környezetszennyező hatás kivédése viszont elemi érdekként jelentkezett, és arra ösztönözte a szakembereket, hogy vegyék közelebbről is szemügyre ezt a jelenséget és folyamatot. Vizsgálták például, hogy egyes szénminták elégetésekor mennyi kátrány keletkezik. Ezek a kutatások később, az energiaínség korában is jól jöttek: a környezetvédelem és az ésszerű energiafelhasználás szempontjai ugyanis összeegyeztethetők. A szén gazdaságosabb tüzelőanyag, mint például az olaj. A széntüzelés környezetszennyező hatását azonban drága berendezésekkel kell lecsökkenteni; e berendezések egy új hőerőmű építési költségét huszonöt százalékkal is megnövelhetik. Azok az új technológiák viszont, amelyek révén ez az értékes energiahordozó magában az égési folyamatban tisztítható, a szén gazdaságos és környezetkímélő felhasználását teszik lehetővé. A tüzelőanyagok gazdaságos felhasználása és az egészségvédelem szempontjai arra késztették a kutatókat, hogy a korszerű technika minden lehetséges eszközét bevessék az égés vizsgálatára. Céljaink közé tartozik az ártalmas és veszélyes melléktermékek, valamint a bőséges szénkészletekböl előállított mesterséges fűtőanyagok elégetésekor keletkező korom mennyiségének mérése és szabályozása. Eszközeik között ott vannak a számítógépek, a nagy sebességű filmfelvevők, amelyek a láng képének vizsgálatát segítik, a tömegspektrométerek, amelyek az égési folyamat során keletkező vegyi anyagok mennyiségét mérik; és eszköztárukat gazdagítja újabban a Nobel-dijas indiai fizikusról elnevezett Ramanspektroszkópia is. Ezzel a készülékkel a kutatók két lézersugarat küldenek át a lángon. Amikor az azonos frekvenciájú két sugár a fűtőanyaggal kölcsönhatásba lép, a sugarak a sajátjuktól különböző frekvenciájú fényt gerjesztenek. Ezt az új fényt elemezve a láng bármelyik pontján, még az örvényekben leggazdagabb területeken — a láng-kontúr peremén — is azonosíthatók a molekulák, és pontosan mérhető a hőmérséklet. Az eljárás alkalmazhatósága nem korlátozódik a laboratóriumokra: működő kemence vagy sugárhajtómű egyaránt vizsgálható a segítségével. Laboratóriumi körülmények között a kutatók egytized atmoszférás nyomáson tudják elégetni a fűtőanyagokat úgy, hogy az egyébként hét milliméteres láng húsz milliméteresre nyúlik meg. Ahogy egy fénykép rejtett részletei is előtűnnek a nagyításkor, ez a technika is vizsgálhatóvá teszi a láng apró részleteit. Csak egy termoelemes hőmérőt kell a lángba helyezni, és ott szükség szerint mozgatni, leolvasható a tűz bármely pontjának hőmérséklete. Mintát véve most már a láng különböző részeiből, a tömegspektrométerrel megfejthetök a lezajló vegyi folyamatok is, a szó szoros értelmében feltérképezhető a jelenség. Sok érdekes sajátosságra derült fény e vizsgálatok során. Megtudtuk például, hogy a folyékony tüzelőanyagok nem folyadék módjára égnek el: először elpárolognak, majd gázaik és gőzeik gyúlnak lángra. Ugyanígy viselkedik egyébként az égés kezdetén a szén, valamint a cellulóztermékek, például a fa és a papír is, valószínűleg ez az oka annak — ez mindennapi tapasztalat —, hogy a láng nem érinti az égő anyagot, hanem felette táncol. Ha az egyszerű földgáz, vagy az annak nagy részét alkotó metán lángját vizsgáljuk, és nyomon követjük az oxigén-, nitrogén- és metánmolekulák sorsát, megállapíthatjuk, hogy csak az oxigén és a metán vesz részt aktívan a folyamatban. A metán a hőmérséklet hatására sorra veszti el a hidrogénatomjait. Aztán, mintegy öt milliméterre az égőfej felületétől, az utolsó nyoma is eltűnik. A metánnak ez az utolsó morzsája — a kutatók „optikailag zajos" gáznak nevezik — adja a láng kékes árnyalatát. Az égőfej felületétől mért két és tíz milliméteres távolság közötti tartományban képződik a szénmonoxid és szén-dioxid — a lángban ezt a kis, dombszerű lángnyelvek jelzik. A láng vegykonyháján meglehetősen kevés nitrogén jut szerephez: égéstermékének, a nitrogénoxidnak aránya az égőfej felszínétől tíz milliméterre már csak ennek a parányi mennyiségnek is csupán a fele mutatható ki. Ez az anyag egyébként a jól ismert fotokémiai szmog fő forrása. TÜZMÚZEUM Nagyon valószínű, hogy az égés mint energiafelszabaditó folyamat egyszer ugyanúgy múzeumba kerül, ahogy a gyertyából is dísztárgy lett, a vízimalomból pedig idegenforgalmi látványosság. Az eljövendő generációk, amelyek már sokkal tökéletesebb energiatermelő eszközök birtokában lesznek, talán úgy fognak az égésre visszaemlékezni, mint az emberi evolúció egy rövidke szakaszának jellemző energiaforrására. De ez még a távoli jövő. Az elkövetkezendő időkben viszont az égés kutatóitól függ majd, hogy mit és milyen hatásfokkal tudunk elégetni. És ez is nagyon fontos dolog. Nincs miből pazarolnunk.,. HÁROMSZOBÁS CSALÁDI HÁZ r r A jó alaprajzi beosztástól függ, hogy a leendő lakásban a családtagok célszerűen használhassák az egyes helyisé--' geket. Ezeknek méreteit a bútorok célszerű elhelyezésének igényei szabják meg, s az, hogy a helyiségek egymás- „ hoz kapcsolódása révén zavartalan legyen a közlekedés a lakásban. Tartsuk mindig szem előtt a gazdaságosság elvét, igyekezzünk biztonságos, de egyszerű szerkezeti megoldásokat találni, energiatakarékos épületet létrehozni. Ezúttal mintaként egy földszintes háromszobás családi ház tervét mutatjuk be. Több olvasónk hozzám írt levelében azt kérte, hogy az étkezőtér közvetlenül kapcsolódjék a konyhához, de ugyanakkor a lakószoba légterében maradjon. Az alaprajzból látszik, hogy az épület négy traktusból tevődik össze, a középső a szélfogó (előtér) és a közlekedő, innen nyílik közvetlenül a többi helyiség. A lakószoba két terasza közül az északi a kerttel való kapcsolatot biztosítja. A két hálószoba közé beépített ruhaszekrényt, a fürdőszobához pedig külön előteret ajánlunk. A konyhát és az étkezőfülkét tolóajtó választja el. Az épület főhomlokzata délre néz, míg a főbejárat a keleti oldalon van. Az alagsor nagyságát tetszés szerint lehet meghatározni. KURUCZ NÁNDOR műépítész 18
