Poznámka redakce
Tento článek v žádném případě nevyjadřuje můj názor, ani dalších spolupracovníků Pro Atom webu. O principu a funkčnosti tohoto stroje se dá s úspěchem polemizovat, což je též smyslem tohoto článku - vyvolat diskuzi na téma (pro studijní účely), které se v různých modifikacích objevuje celkem často. (lr)
Zopár všeobecných myšlienok na úvod
Situácia v oblasti obnoviteľných zdrojov energie, resp. zdrojov alternatívnej energie je všeobecne známa a riešenie problémov s nadchádzajúcou globálnou energetickou a ekologickou krízou je nanajvýš aktuálne. Všemožných rozborov stavu a reálnych možností riešenia problémov je nadostač; všetky sa zhruba zhodujú na tom, že situácia začína byť veľmi vážna, že nepoznáme radikálne riešenie problémov bezozbytku - poznáme len čiastkové opatrenia, ktoré môžu vytvoriť istý časový priestor na hľadanie tohto radikálneho riešenia. Naviac, aktuálnosť čiastkových opatrení je opäť podmienená ekonomikou, t.j. budú sa realizovať až v čase, keď sa stanú aj ekonomicky výhodné (resp. inak nevyhnutné), čo už zrejme bude neskoro pre určitú časť obyvateľstva. Mám blízko k prírodným vedám, svojho času som študoval fyziku, a od mladosti ma zaujímala aj budúcnosť Zeme vo všeobecnosti. Preto mám na zreteli neustále dve veci: 1. mnoho odborných predpovedí sa za posledných 30 rokov dosť presne naplnilo, preto treba brať odborné predpovede vážne, 2. čo len pri letmom štúdiu dejín vedy s prekvapením zisťujeme, že veda za posledných 300 rokov svojho vývoja nezaznamenáva len nepretržitý sled skvelých výsledkov v oblasti poznania, ale že túto cestu sprevádza aj celý rad vážnych vedeckých omylov. Ja osobne som si urobil takýto záver: V každej dobe sa vo všeobecnosti uznáva, že „ešte je toho veľa, čo nevieme, čo nepoznáme“ , ale v praxi sa odborníci stavajú k problémom neraz tak, ako by sme už všetko vedeli, a iného poznania už nebude. (Toto tvrdenie je veľmi-veľmi zjednodušené, prosím, aby si ho nikto nevzťahoval na seba osobne.) S veľmi vysokou pravdepodobnosťou existujú ešte neznáme prírodné fenomény – tak, ako svojho času (a nie tak dávno!) napr. nebol známy zákon zachovania energie ani sme nič nechyrovali o prirodzenej rádioaktivite alebo o relativistických efektoch. V súvislosti s nastoleným problémom globálnej energetickej a ekologickej krízy by sa nám veľmi hodilo, keby sa medzi doteraz neznámymi fenoménmi nachádzalo aj niečo, čo by nám umožnilo tieto krízy raz a navždy vyriešiť. Aj z tohto dôvodu majú zmysel čo aj čiastkové riešenia podľa dnešných známych možností, lebo, ako som už povedal, vytvoria časový priestor na hľadanie definitívneho riešenia. (Jadrová energia má z tohto pohľadu zrejme najväčší význam.) Lebo, ak sa to nepodarí, je s našou civilizáciou amen. No principiálne existuje aj celkom iná možnosť. Je napr. možné, že už disponujeme potrebnými poznatkami s potenciálom vyriešiť globálnu energetickú a ekologickú krízu, ale nevieme o tom. Zmysel tejto myšlienky ozrejmím na jednoduchom príklade. V dobe lietajúcich balónov odborníci urputne dokazovali, že principiálne nemôže existovať lietajúci stroj ťažší ako vzduch. Možnosť existencie lietajúceho stroja ťažšieho ako vzduch posudzovali na základe princípu vytvorenia vztlakovej sily pomocou média ľahšieho ako vzduch! Pritom už v tej dobe bola známa Bernoulliho rovnica pre prúdenie kvapalín a plynov, z ktorej vyplýva, ako možno realizovať aerodynamický vztlak.
Termodynamické zákonitosti
Termodynamické zákonitosti sú všeobecne známe. V teórii i v technických aplikáciách majú rozhodujúci význam platnosť II. vety termodynamickej a zákonitosti (ideálneho) Carnotovho cyklu. V súvislosti s Carnotovým cyklom sú zaujímavé dva momenty. Prvý: Carnotova práca predbehla svoju dobu a bola na dosť dlhu dobu zabudnutá. Druhý: Odkedy Carnotov cyklus oprášili, považuje sa za jediný možný princíp premeny tepla na mechanickú prácu. V súvislosti s II. vetou termodynamickou je pozoruhodné, že nemá striktnú formuláciu, ale existuje vo viacerých ekvivalentných tvrdeniach, týkajúcich sa spoľahlivo overených faktov. Prečo to? Tvrdenie, že teplo samovoľne vždy prúdi z oblasti s vyššou teplotou do oblasti s nižšou teplotou, je bezosporu správne. Ale tvrdenie, že neexistuje stroj, ktorý by bezozbytku premieňal teplo napr. na mechanickú prácu, je už otázne. Prečo? Toto tvrdenie vyplýva z úvah o Carnotovom cykle, pričom sa intuitivne predpokladá, že iná principiálna možnosť ako Carnotov cyklus neexistuje. De facto je to obmena vyššie spomenutej situácie, keď otázka existencie lietajúcich strojov ťažších ako vzduch sa riešila len na základe poznania lietajúcich strojov ľahších ako vzduch. Carnotov cyklus popisuje technické zariadenie, napr. parný stroj, kde pracovné médium v ohrievači prijíma určité teplo, v pracovnom valci časť tohto tepla spotrebuje na mechanickú prácu a v chladiči odovzdá zostávajúce teplo. Odovzdať zostávajúce teplo chladiču je nutná podmienka pre to, aby sme v priebehu Carnotovho cyklu získali užitočnú prácu. Keby sa totiž pracovné médium nezbavilo zostávajúceho tepla v chladiči, na opätovnej ceste k ohrievaču – aby dokončilo cyklus, a aby mohol nastať nový – by muselo vykonať zápornú prácu, a to rovnako veľkú (ak nie väčšiu) ako je užitočná práca, takže výsledný energetický zisk z pracovného cyklu by bol nulový. Ak by som mal inak charakterizovať pracovný cyklus napr. parného stroja, situácia sa má tak, že pracovné médium funguje v pracovnom cykle len ako dočasný nositeľ určitého množstva tepla (na ceste od ohrievača k chladiču), a to bez toho, žeby sa nejakým spôsobom v procese uplatňovala jeho vlastná vnútorná energia. Možnosť, žeby existoval tepelný stroj, ktorý by konal mechanickú prácu výlučne na úkor vlastnej vnútornej energie – tepelnej a tlakovej – svojho pracovného média, akože je to naozaj možné, sa nikdy neskúmala. Ak áno, neviem o tom.
Pacyklový stroj
Výsledky mojej vlastnej práce v tomto smere ukazujú, že takýto princíp existuje a je technicky realizovateľný. Pochopiteľne, má svoje špecifiká. Rozhodujúci moment je ten, že technické zariadenie, naplnené nejakým pracovným médiom a pracujúce na úkor jeho vnútornej energie, nemôže fungovať v režime pracovných cyklov, ale funguje v režime pracovných pacyklov. Preto hovorím o pacyklovom stroji. Pracovný cyklus je cyklus, v ktorom sa periodicky opakujú jednotlivé pracovné doby (napr. v zážihovom, t.j. benzínovom motore, sa pracovný cyklus skladá zo štyroch dôb: nasávanie, stláčanie, výbuch, výfuk). Počiatočné podmienky v nasledujúcom cykle sa (pri ustálenom režime prevádzky) nevyhnutne rovnajú počiatočným podmienkam predchádzajúceho cyklu. V pacyklovom stroji to nie je striktnou podmienkou, teda platí, že počiatočné podmienky nasledujúceho pacyklu sú len podobné počiatočným podmienkam predchádzajúceho pacyklu. (Napriek tomu je pacyklový stroj schopný pracovať.) Iným podstatným rozdielom medzi pacyklovým strojom a klasickými tepelnými motormi je ten, že klasické motory pracujú na báze chemickej energie paliva (napr. benzínu, nafty), ktorá vytvára potrebný tlak a teplotu pracovného média v pracovnom valci, kým pacyklový stroj pracuje na úkor vnútornej energie svojho pracovného média. Ak je pracovným médiom atmosferický vzduch, tento v pacyklovom stroji postupne chladne – principiálne môže chladnúť až do stavu skvapalnenia – a navonok zo stroja vychádza mechanický pohyb. Aká veľká je vnútorná energia atmosferického vzduchu? Pri teplote 300oK a pri atmosferickom tlaku 105 N/m2 obsahuje 1m3 vzduchu cca 250 000 J tepla a 100 000 J tlakovej energie. Skvapalnením približne 11m3 vzduchu možno teda získať 1 kWh kinetickej energie. Pacyklový stroj – vzhľadom na uvedené – nepotrebuje ohrievač (palivo), ani chladič, nepracuje cyklicky, nemožno naň teda automaticky vzťahovať staré známe termodynamické predstavy a poučky. Pacyklový stroj, vzhľadom na svoj princíp, nemôže veľkosťou výkonu konkurovať klasickým tepelným motorom. Pri výkone 1 MW by musel skvapalňovať vzduch tempom 3 m3/s a zrejme to bude rádove hraničný výkon z hľadiska technickej realizácie. Má však obrovskú výhodu – je schopný pracovať nepretržite 24 hodín denne iba na základe toho, že zo svojho okolia odoberá vzduch, ktorý zbavuje tepla a tlakovej energie. Teda, z ekonomického hľadiska, prakticky zadarmo a, z ekologického hľadiska, bezkonkurenčne nezávadne. Skvapalnený vzduch, hoci predstavuje „odpad“ pacyklového procesu, predstavuje veľmi cenné médium, z ktorého možno separovať jednotlivé zložky alebo ho možno spätne splynovať pomocou tepla tečúcej riečnej vody. Získame tak zadarmo a ekologicky bezzávadným spôsobom ďaľšie množstvo tlakovej energie, ktorú možno veľmi jednoducho premeniť na elektrickú energiu. Pacyklový stroj možno principiálne použiť ako chladiaci stroj alebo ako zdroj alternatívnej energie. Modifikácii konkrétneho využitia je však viacero. Napr. pacyklový stroj, situovaný do chladničky/mrazničky, by v praxi znamenal, že chladnička/mraznička by bola plne funkčná bez toho, aby sa správala ako elektrický spotrebič. To by ďalej znamenalo, že nároky na centrálnu výrobu elektrickej energie by sa len v tomto jedinom príklade použitia mohli znížiť o terajší príkon jednej chladničky/mrazničky, násobený ich počtom v oblasti zásobovanej energiou centrálnym zdrojom. Okrem toho by chladnička/mraznička nepotrebovala chladivo na báze fluorovaných uhľovodíkov ani kompresor, ale to je len detail.
Na záver
Som si vedomý toho, ako fantasticky vyznieva obsah tohto článku. Pozorný čitateľ mi však možno dá zapravdu, že článok obsahuje viacero myšlienok, s ktorými sa doteraz určite nestretol a preto podobným spôsobom nikdy ani nerozmýšľal. Ja však viem, o čom hovorím. Som si tiež vedomý, že článok vyzerá dosť propagačne. Rozhodujúce informácie sú zamlčané. Ale to preto, že internetový priestor sa mi nezdá tým pravým miestom na zverejnenie poznatkov obrovskej ceny, na ktorých získanie som už musel vynaložiť značnú námahu aj finančné prostriedky. V tomto úsilí chcem a budem pokračovať a preto hľadám kontakt na subjekty s potrebnými ľudskými a materiálnymi zdrojmi pre ďalšiu prácu. Na počudovanie sa mi to nedarí, aj keď všade čítam a počúvam, aká dôležitá a výsostne aktuálna je úloha riešiť podobné veci a koľko je kde-kade na to peňazí. Máš ho vidieť. Pilotný článok Teória pacyklového stroja bol uverejnený v zborníku Myšlienky a fakty 1-4/2004, ISBN0 80-88682-63-0, SR, povinné výtlačky sú prístupné v štátnych knižniciach. Serióznym záujemcom o problematiku som ochotný na požiadanie poskytnúť doplňujúce informácie.
František Cudziš, Liptovský Mikuláš