Kabátgomb méretű gázturbina válthatja fel az akkumulátorokat

[TechReview] A Massachusetts Institute of Technology mérnökei Alan Epstein vezetésével egy aprócska, csupán kabátgomb méretű gázturbinát készítettek -- szilíciumból. Az elgondolás szerint a turbina akár a jövő hordozható eszközeinek áramforrása is lehet, kisebb méretben nagyobb teljesítményt nyújtva, mint az üzemanyagcellák.

Epstein elmondása szerint a mikroméretű gázturbinákkal kapcsolatos kutatások mintegy tíz évvel ezelőtt kezdődtek, és a félvezetőgyártás fejlődésével, a MEMS (mikroeletromechanikus rendszerek) megjelenésével gyorsultak fel. A MEMS lehetővé teszi, hogy szilíciumból mechanikusan működő struktúrákat lehessen létrehozni, a hagyományos félvezetőkhöz használt módszerekkel, olcsón, akár óriási tömegben. Az MIT kutatói eleinte úgy gondolták, az apró turbinák csak apró méretű katonai felderítőrepülők meghajtására lesznek alkalmasak, később azonban rájöttek, hogy másra is használhatók.

A nemrégiben elkészült prototípus teljesen működőképes, a turbinalapátok fordulatszáma percenként több mint egymillió, egy "góliát" elem méretű üzemanyagtartály akár 10 óra folyamatos működést is lehetővé tesz. A turbina 20-25 Watt teljesítményt termel, így Epstein szerint a jövőben nem csak hordozható készülékek meghajtására lesz képes, hanem egy több turbinából összeállított rendszer akár egy egész háztartás energiaellátásáról is gondoskodhat. Az elmaradott, ritkán lakott területeken a turbinák segítségével a lakókat egyszerűen lehet elektromos áramhoz juttatni, nincs szükség a vezetékes villany költséges bevezetésére.

A hadseregé az elsőség

Az első felhasználók természetesen a katonai alakulatok lesznek. A harctéri egységeknél jelenleg nagy problémát jelent, hogy az elektronikus berendezések, számítógépek, rádiók működtetéséhez nagyméretű akkumulátorokra van szükség. Az eszközök gyártóinak is komoly gondot jelent az fogyasztás, ugyanis emiatt kénytelenek fontos funkciókat kihagyni a termékeikből. Epstein szerint méretükhöz és tömegükhöz képest sem a ma használt akkumulátorok, sem az üzemanyagcellák sem termelnek annyi energiát, mint az aprócska gázturbinák.

A gombméretű gázturbinák alkalmazása teljesen megváltoztatná a készülékeket és a felhasználási szokásokat. Egy pár "góliát" elem méretű üzemanyagtartály birtokában a felhasználó nem órákig, hanem akár napokig is működtethetné noteszgépét vagy tenyérgépét anélkül, hogy az akkumulátor feltöltéséhez fali konnektor közelébe kellene mennie. Ez különösen vonzóvá teheti a megoldást a terepen harcoló katonák számára. Természetesen az apró turbina használatának is megvannak a hátrányai, például az üzemelő készülék forró gázsugarat bocsát ki magából, emellett maga a turbina is felmelegszik.

Ígéretes fejlődés

Katonai kutatási támogatás felhasználásával az MIT gázturbinákkal foglalkozó részlege más divíziókkal karöltve megkezdte a technológia fejlesztését és vizsgálatát, hogy választ kapjon olyan kérdésekre, hogy vajon hogy viselkedik a szilícium 1300 fokos hőmérsékleten, vagy mi történik az apró csapágyakkal egymilliót meghaladó fordulatszám esetén. Ma már több mint egy tucat mérnök dolgozik a projekten. A most elkészített prototípus problémája, hogy a lapátok nem kiegyensúlyozottak, így működés közben a turbina rezonál. Érdekesség, hogy a félvezetőgyártás bonyolult folyamatai miatt minden apró változtatás eredményére hónapokat kell várni, ennyi idő alatt mennek végig a chipgyártó soron a szilíciumba maratott alkatrészek.

A mikroturbina mellett egy tízcentes

"A versenytársaink egyértelműen az üzemanyagcellák" -- mondta Epstein. Az üzemanyagcellákkal kapcsolatos kutatások már évek óta folynak és a vállalatok több milliárd dollárt fektettek a fejlesztésekbe, ennek ellenére mindmáig egyetlen üzemanyagcellás készülék sem került kereskedelmi forgalomba. Az apró turbinák fejlesztése ezzel szemben mindössze pármillió dollárba került. Epstein várakozásai szerint még hosszú út előtt állnak a fejlesztők, a szerkezetek és módszerek tovább tökéletesíthetők, de a gázturbinák két-három év múlva már elég kiforrottak lehetnek a hordozható eszközök meghajtásához, további egy-két év alatt pedig akár az utcán is megvásárolható termékként ölthetnek testet.