Plazmaállapot a kisülő üveggömbben

A világegyetemben lévő anyag 99 százaléka plazma formájában fordul elő. A földi környezetben ilyen például a sarki fény, s bizonyos villámokban is plazmaállapot uralkodik. Szépvölgyi János egyetemi tanár, az MTA Kémiai Kutatóközpontja Anyag- és Környezetkémiai Intézetének igazgatója munkatársaival laboratóriumi körülmények között hoz létre plazmaállapotot.

A néhány ezer fokos plazmareaktorokba bevitt különböző anyagok viselkedését vizsgálják: miként melegednek fel magas hőmérsékletre, ott mi történik velük, és lehűlve mivé alakulnak át. Mindez miféle haszonnal kecsegtet? Olyan nanoanyagokat lehet így előállítani, amelyek léteznek ugyan természetes formában, de létrehozhatók természetben nem található, ám számos előnyös tulajdonsággal fölruházható anyagok is. Ilyen például az a különleges kerámia, amely a belső égésű motorokban magasabb hőmérsékletet bír ki, mint a fémötvözetek. Ezáltal nagyobb hatásfokkal ég el benne az üzemanyag, miközben kisebb a fogyasztás, s alacsonyabb a károsanyag-kibocsátás, mint a hagyományos motorokban.

A magas hőmérsékletű plazmareaktorban radarsugárzást elnyelő kerámiaanyagot is elő lehet állítani, amely a hadászatban tesz szolgálatot. Mint ismeretes, a lopakodó repülőgépek azért „láthatatlanok”, mert külső felületüket radarsugárzást elnyelő anyaggal vonják be.

Talán emlékezetes, hogy a délszláv háborúban mégiscsak lelőttek egy lopakodó amerikai gépet, mert a hajtómű fémből készült hátsó része visszaverte a radarsugarakat, és a gép képe megjelent a radarernyőn. A Kémiai Kutatóközpontban folyó fejlesztés célja, hogy a hajtómű belső részét is radarsugárzást elnyelő anyaggal vonják be. A laborban magyar–svéd együttműködés keretében már előállítottak különböző, kereskedelemben nem hozzáférhető kerámiaanyagokat, amelyek alkalmasak ilyen bevonatok kialakítására.

Az NKTH és a HonvédelmiMinisztérium által finanszírozott kutatás-fejlesztési projekt célja, hogy a svéd partnerekkel közösen – demonstrációs típusként – egy Gripen-hajtóművet hozzanak létre. A Volvo által gyártott hajtómű egyes részeit Magyarországon állítják elő, magát a gépet a SAAB szereli össze. A svéd–magyar tulajdonú eredmény a későbbiekben bevételi forrást is jelenthet az intézetnek.

A plazmakémia eredményeinek hasznát látja az egészségügy is. Bizonyos nanorészecskék használhatók olyan gyógyszerkészítményekben, amelyek szabályozottan vagy célzottan juttatják be a hatóanyagokat az élő szervezetbe. Az egyik gyógyászati fejlesztésük célja olyan injekció előállítása, amelynek hatóanyaga három helyett nyolctíz napig azonos szinten marad a szervezetben. El szeretnék érni, hogy ez a kedvező tulajdonság tabletta vagy kúp formájában adagolva is érvényesülhessen.

Egy ilyen nyújtott hatású készítmény előállítása céljából sikeresen működött együtt az intézet a Szegedi Egyetem Orvostudományi Karának kutatóival. Állatkísérletekkel bizonyították, hogy ha nanorészecskékhez kötik a hatóanyagot, hosszabb ideig fejti ki hatását. Ha ez a hordozórészecske mágneses, akkor külső mágneses térrel irányítani lehet, hogy a test melyik részén hasson a gyógyszer. Előnye: jobb hasznosulás, kevesebb hatóanyag, gyorsabb hatás.

Ma már a környezetvédelem sem nélkülözheti a plazmaállapot nyújtotta lehetőségeket. Ha ugyanis a magas hőmérsékletű térbe veszélyes hulladékot visznek be, akkor például a gyógyszer- és növényvédőszer-maradványok, a szerves oldószerek, kórházi veszélyes hulladékok alkotóelemeikre bomlanak. Olyan végtermékek keletkeznek, amelyek a környezetre nézve ártalmatlanok, de egyben adott az a lehetőség is, hogy értékes és értékesíthető termékek keletkezzenek belőlük.

Hogy mi a különbség a hulladékégetés és a plazmatechnológia között? Míg a hulladékégetőben 800–1200 fok közötti hőmérsékleten kezelik az anyagot, addig plazmában 3000–4000 fokon. Ezen a hőmérsékleten tökéletesebb a lebontás, mint a hagyományos égetés során. A levegőben – amelynek 80 százaléka nitrogén – az égetés során nagy mennyiségű fölösleges gáz megy át a rendszeren, esélyt teremtve veszélyes végtermékek képződésére és a szabadba kerülésére is.

Ennek oka, hogy a nagy térfogatú füstgáz lassan hűl le, viszonylag hosszú ideig tartózkodik a 800–300 fok közötti hőmérséklet-tartományban, éppen ott, ahol legnagyobb az esély újabb káros anyagok keletkezésére. A cél az, hogy minél hamarabb 300 fok alá hűljön le a gázelegy, ez pedig a hagyományos hulladékégetésnél nem megoldható.

A plazmakezelés egyik fő előnye, hogy gyors eljárás, a folyamatok levegő kizárásával mennek végbe, és kicsi a lehetősége ártalmas anyagok keletkezésének. A kutatók ilyen technológia fejlesztésén is dolgoznak. Eddig sikerült az ózonlyukért felelős halogéntartalmú szénhidrogének, például a hűtőszekrényben lévő freonok, a dezodorok hajtógázainak hatékony lebontására eljárást kidolgozniuk. A kohászati szállóporokban lévő cinket és ólmot is hasznosították: fémvasat, különböző üveges salaktermékeket, festékiparban felhasználható anyagokat készítettek belőlük.

Mindaz, ami laboratóriumi körülmények között működik, sajnos ezernyi buktató miatt nálunk ritkán valósulmeg a gyakorlatban. Hiába dolgoztak ki a kutatók a Dunaferrnél képződött 30-40 ezer tonna szálló por hasznosítására működő technológiát, hosszú idő óta hegyekben áll a szálló por a Duna partján, holott kerámiaalapot, hőszigetelő, zajvédő habüveget, kéménybéléseket lehetne gyártani belőle.

Kapcsolódó cikkek: Túl átlátszó univerzum? | Elmeháború a háborgó elméről | Mesterséges fa szűrné a szén-dioxidot | Aranygömbbökkel bombázzák szét a rákos sejteket | Tudomány: ami sikerült, és ami nem