A jég hátán is kizárólag megújuló energiával - kutatóállomás az Antarktiszon

A Princess Elisabeth állomás, amiről korábban már olvashattunk röviden Nemes András cikkében, mind kialakításában, mind kivitelezésében egyedülálló, ez az egyetlen olyan sarki kutatóállomás, amelyet kizárólag megújuló energiákkal fent lehet tartani, s széndioxid-kibocsátása nulla.

A Princess Elisabeth kutatóállomás remek példa arra, hogy az emberek, szakterületek és országok közötti együttműködés jó szándékkal ötvözve képes a klímaváltozás kihívásaira válaszolni. Mind a létesítmény kialakítása, mind kivitelezése egyedülálló, ez az egyetlen olyan sarki kutatóállomás, amelyet kizárólag megújuló energiákkal fent lehet tartani, s széndioxid-kibocsátása nulla.

A projekt előkészítése
A Belga Szövetségi Kormány megbízásából az International Polar Foundation (IPF) hozzáfogott egy landmark megjelenésű tudományos kutatóállomás tervezéséhez és kivitelezéséhez az Antarktiszon. Ezzel a programmal vett részt elsődlegesen Belgium a 2007-2008-as Nemzetközi Sarki Év programjában. A Princess Elisabeth állomás a belga King Baudouin állomás –  melyet 1958-ban létesítettek, és a hatvanas évvel végén zártak be – utódjaként jött létre. Azt tűzte ki céljául, hogy jelentős részt vállaljon a tudományos kutatásból, s elősegítse bolygónk és klímája minél jobb megértését.

A projekt előkészítő szakaszában az egyik legfontosabb döntés, amit meg kellett hozni, a helyszín kiválasztása volt. A Sør Rondane-hegység keleti szélén található Utsteinen nunatak kemény gránit lemeze ideálisnak bizonyult. A nunatakból kibukkanó gránitfelszínhez horgonyzott cölöpökre állított épületet úgy tervezték meg, hogy aerodinamikailag kihasználja a keleti széljárást, mely a kontinens belseje felől fúj, illetve hogy megakadályozza jelentős mennyiségű hó felhalmozódását a létesítmény tetején és körülötte. Utóbbi problémával számtalan antarktiszi állomásnak szembesülnie kell, és ez vezetett oda, hogy négy évtizeddel korábban a King Baudouin állomást be kellett zárni.

Műszaki kialakítás
A szélenergiát csak az elektromos áram előállítására használják, míg szoláris energia segítségével (fotovoltatikus panelekkel) elektromos áramot és melegvizet is készítenek, így az állomás nulla szén-dioxid kibocsátással képes üzemelni. Ezen túlmenően, a passzív hőnyereség révén a napenergia a létesítmény belső tereit is fűti, az épület alaprajzát és ablakkiosztását is ennek megfelelően optimalizálták. Ezt a hőnyereséget, kombinálva a technikai berendezések és az emberi jelenlét által kibocsátott hővel, az állomás szellőztetőberendezése  adaptálja, és ez elegendőnek bizonyult ahhoz, hogy nyáron ne legyen szükség semmi egyéb kiegészítő fűtésre. A csúcstechnikájú szennyvízkezelő rendszer az elhasznált víz 100%-át dolgozza fel, ebből 75%-ot visszaforgat, a fennmaradó részt pedig alkalmassá teszi arra, hogy az Antarktisz-egyezményt kiegészítő Madridi Jegyzőkönyv szigorú környezetvédelmi előírásai szerint azt el lehessen helyezni az Antarktiszon.

A jelenleg rendelkezésre álló passzívház technológiákat teljes mértékben kihasználva, a Princess Elisabeth állomás burkolata, hőszigetelése, formája, tájolása és ablakkiosztása lehetővé teszi, hogy hatékonyan aknázzák ki a radioaktív szoláris energiát is. Az épület belsejében kellemes hőmérsékletet tudnak fenntartani nagyon kis energiafelhasználással, köszönhetően az intelligens szellőztető és légkondicionáló berendezések alkalmazásának, melyek a hőmérséklet- és páratartalom-szabályozó rendszer szerves részét képezik.

A Schneider Electric felelős e kivételes projekt minden energiagazdálkodással kapcsolatos tevékenységéért, vagyis a sarkköri állomáson az elektromos áram biztosításáért, a műszaki irányításért, az automatizálásért, a felügyeletért és a távoli vezérlésért.

A „nulla kibocsátás” koncepciója szerint tervezett állomás ötvözi a passzívház tervezési elveit a megújuló energiaforrásokkal, melyek egy úgynevezett „smart grid”-en keresztülfutva egy programozható logikai körre kapcsolódnak (programmable logic circuit, PLC), ami az épület energiafelhasználását irányítja az optimális fogyasztás fenntartásának érdekében. Bármikor akar valaki valamit bedugni / valamire kapcsolódni, először egy gombnyomással meg kell kérdeznie a   PLC-t, hogy van-e elegendő rendelkezésre álló energia. A különböző funkciók az energiafogyasztás szempontjából eltérő prioritást kapnak, az alapvető dolgok, mint például a szellőztetés vagy a bioreaktor, elsődleges fontosságúak, a fürdő és konyha felszerelései közepes jelentőségűek, míg egyéb, nem életbevágó  berendezések alacsony prioritásúaknak számítanak. Amennyiben elegendő energia áll rendelkezésre, a PLC az igényelt áramot a kérdéses csatlakozáshoz engedi.A márciustól októberig tartó hibernálási időszakban, amikor az épület lakatlan, a kutatóállomást távolról felügyelik és irányítják. A cél az, hogy fenntartsák az energiatermelés- és fogyasztás közti egyensúlyt az elektromos áramkörök terheléscsökkentése által.

A tervezők aprólékos gonddal elemezték, hogyan zajlik majd a felhasználók élete az állomáson belül és körülötte, s ennek gyümölcse a kutatóállomás környezetbarát kialakítása. A létesítmény fő szerkezete koncentrikus rétegekből áll össze, melyek a központi technikai magot veszik körül. Itt található a vízkezelőegység, szellőző- és felügyeleti rendszerek, illetve az energia raktározását szolgáló akkumulátorok. A magot három koncentrikus héj veszi körül: az állomás aktív funkciói (konyha és mosdók), a külső területek (nappali és hálószobák), valamint a vastagon szigetelt, többrétegű külső falak.

A Schneider Electric nem csupán megoldásaival járult hozzá a projekt sikeréhez. 2008–2009-ben a vállalat két belga alkalmazottja, Jean Chalon és Wim Van Belle személyesen vett részt a Belare (Belgian Antarctic Research Expedition – belga kutatóexpedíció az Antarktiszra) expedícióban, amely csúcspontja a kutatóállomás hivatalos felavatása volt. A cél megvalósítása, hogy a Princess Elisabeth állomás a lehető legkisebb nyomot hagyja környezetén, nem az épület funkcionális életének végén fog beteljesülni. Az állomást eleve azért tervezték fából és rozsdamentes acélból, hogy szerkezete könnyen szétszerelhető és az Antarktiszról elszállítható legyen, majd a fa és acél elemek nagy részét újra lehessen hasznosítani.

A projekt céljai
A projektnek mindig is két fő célja volt:

• Egyrészt a sarkkutatással kapcsolatos tudományok jelentőségének hangsúlyozása azzal, hogy új tudományos infrastruktúrát hoznak létre az Antarktiszon belga és nemzetközi kutatók számára;
• Másrészt annak demonstrálása, hogy lehetséges „nulla kibocsátású” létesítményt építeni még olyan távoli és kietlen területen is, mint a sarkvidék, úgy, hogy létező anyagokat, illetve technológiákat alkalmaznak – és ha erre ott is képesek, minden bizonnyal képesek rá bárhol máshol a világon.

A kivitelezés szakasza
Minden az Antarktiszon végzett tevékenység az Antarktisz-egyezmény rendelkezéseinek hatálya alá esnek. Így egy esetleges építkezés során is kötelező betartani a szigorú környezetvédelmi szabályokat. Az IPF úgy döntött, hogy előnyt kovácsol ezekből a kötöttségekből, és létrehozza az első „nulla kibocsátású” sarki állomást, melyet kizárólag megújuló energiaforrásokkal üzemeltetnek. A Princess Elisabeth állomás tervezésekor és kivitelezésekor a cél az volt, hogy meglévő technológiákat alkalmazzanak, viszont az azok kombinálásával létrehozott épület sokkal több legyen, mint csupán az alkotóelemek összessége. A feladat, hogy ezeket a fenntartható és energiatakarékos technológiákat egy ikonikus létesítménybe integrálják, olyan kihívás volt, mely sok magáncéget megmozgatott, akik be akarták mutatni termékeiket és know-how-jukat – így születtek a jól működő partnerkapcsolatok.

A Princess Elisabeth állomás egy tisztán mérnöki, nem pedig építészeti projekt. Az állomás formája aerodinamikai és energiahatékonysági vizsgálatok eredményeként alakult ki, nem egy építészeti álom megvalósításaként. Ebben az esetben a forma valóban a funkciót követi.

Az állomás üzemeltetése
Az állomást a Belgian Polar Secretariat szervezetén keresztül magán- és közösségi partnerek egyedülálló kombinációja felügyeli és üzemelteti. Az Antarktiszon a tudományos kutatás és tanulmányok folytatása nehezebb, mint a Föld bármely másik területén – és a logisztika koordinálása szintén bonyolult feladat. A tudósok és felszerelésük ilyen távoli helyre történő szállítása, biztonságuk megteremtése a zord körülmények között, valamint a hosszú, jégen töltött idő alatt szükséges ellátmány biztosítása mind mind nagy logisztikai kihívás elé állítja a fenntartókat – s ezt a feladatot az IPF folyamatosan el is látja.

A hajóval ide eljuttatott anyagokat a partról az állomáshoz kell szállítani, ami kb. 200 km-es utat jelent, ehhez repülőjáratot kell szervezni, illetve a jégen kifutót létesíteni és fenntartani, a tudományos expedíciókat meg kell tervezni és kivitelezni, a járműveket javítani kell stb.

A Princess Elisabeth egy élő, folyamatosan fejlődő projekt. Rendszeresen hajtanak végre technológiai fejlesztéseket annak érdekében, hogy javítsák az épület energiahatékonyságát, vagy hogy kielégítsék az újonnan megfogalmazott  igényeket. A különböző tényezőket a mérnökök folyamatosan monitorozzák, hogy ki tudják elemezni a hatékonyságot, és a beállításokat finomhangolják.

Izgalmas kutatások
A  Princess Elisabeth kutatóállomáson számtalan érdekes kutatást végeztek már nemzetközi összefogásban. Többek között belga–japán kutatócsoport kereste meteoritok nyomait. Nem sokan tudják, hogy bolygónkra évente megközelítőleg 37000 tonna meteorit hullik, ám ennek csupán 0,0001%-a éri el a 10 g és 1 kg közötti súlyt. Nagyon kevés meteorit hullást lehet közvetlenül megfigyelni, a törmelék 2/3-a veszik el a tengerek és óceánok mélyén, míg a fennmaradó rész se különbözik sokban első látásra az átlagos kődaraboktól. Ebből következik, hogy legtöbbször azelőtt erodálódnak, mielőtt egyáltalán felfedeznék őket. Az Antarktiszon a gleccsermozgások összegyűjtik a meteoritokat, s mikor a jeget a szél lassan lekoptatja, előbukkan a páratlan kőmennyiség. A SAMBA-projektnek köszönhetően Belgium hatalmas meteorit-gyűjtemény birtokába juthat, amiből a teljes nemzetközi tudóstársadalom profitálni tud majd.

Antarktisz extrém időjárási viszonyai között nem tudnak kifejlődni magasabb rendű élőlények, a mikroorganizmusok jelenléte a jellemző. A belga, orosz, cseh és angol tudósok részvételével zajló BELVIDA-projekt  célja, hogy az állomás 200 km-es körzetében felderítse a mikrobiológiai diverzitást, és megfigyelje az ökoszisztéma változásának és az emberi hatásnak köszönhetően bekövetkező lehetséges jövőbeni változásokat is.

A fentieken kívül vizsgálatok folynak a földkéreg deformációinak megfigyelésével, elemzésével, a jégmozgások dinamikájának megértésével, az Antarktisz atmoszférájának monitorozásával vagy vízciklusának kutatásával kapcsolatosan.

A Princess Elisabeth sarkvidéki tudományos kutatóállomásról számokban:
Épület
A bázis éves kihasználtsága: 4 hónap (novembertől februárig)
Maximális férőhely: 20 fő
A kutatóállomás hasznos alapterülete: 495 m²
Működési élettartam: legalább 25 év

Energia
Teljes energiaigény a négy nyári hónapra: 7000 kWh/hó
Teljes energiaigény a nyolc téli hónapra: 2000 kWh/hó
Teljes éves energiaszükséglet: 54 MWh

Időjárási körülmények
Levegő-hőmérséklet: −50 °C és −5 °C között
Jellemzően katabatikus szél (olyan szélmozgás, amely nagy sűrűségű levegőt szállít magasabb területekről lejtő mentén lefelé irányuló légmozgás mellett)
Havi átlagos szélsebesség: 20 km/h
Havi maximális szélsebesség: 125 km/h
A széllökések havi átlagos sebessége: 250 km/h
Maximális légköri nyomás: 830 hPa
24 órás nappalok száma: a déli nyár 120 napjából 100 nap

A szöveget az Antarctic Station honlapon található információk alapján fordította és összeállította: Gaschler-Gyeviki Nóra

Képek: International Polar Foundation / René Robert

Projekt neve: Princess Elisabeth Antarctica Station
Építészeti tervezés és kivitelezés: International Polar Foundation (IPF)
Projektigazgató / helyszíni kivitelezés főmérnöke: Alain Hubert
Projektmenedzser: Johan Berte
Programadminisztrátor: Nighat Amin
Mérnöki és építészeti munkák:
Épületmag és homlokzat: Philippe SAMYN and PARTNERS
Épületfizika és aktív rendszerek: 3E
Áramlástan: Dr. D. OLIVARI
Aerodinamika: Von KARMAN INSTITUTE
Épületfelügyeleti rendszerek és energiaellátás: SCHNEIDER ELECTRIC
Elektromos védelem, hidraulikai rendszerek: LABORELEC – GDF SUEZ
Talajmechanika: SMET-BORING
Tűzvédelem és műszaki felügyelet: SECO
Helyszín: Utsteinen Nunatak, Dronning Maud Land, Kelet-Antarktisz
Kivitelezés befejezése: 2009. február

A projekt 2009-ben elnyerte a Green Good Award for Foundations díjat

Kapcsolódó oldal:

Hull a hó, fú a szél… - Nemes András cikke