قاطرات بخارية متناثرة على طول خطوط السكك الحديدية. البواخر مجداف متماوج أسفل موراي. بوارج مدرعة تعمل بمحركات بخارية.
يعتقد الكثير منا أن عصر البخار قد انتهى. ولكن في حين تم استبدال المحرك البخاري بمحركات الاحتراق الداخلي والآن المحركات الكهربائية، فإن العالم الحديث لا يزال يعتمد على البخار. يجب أن تحتوي جميع محطات الطاقة الحرارية تقريبًا، من الفحم إلى الطاقة النووية، على البخار حتى تعمل. (محطات الغاز عادة لا تفعل ذلك).
لكن لماذا؟ إنه بسبب شيء اكتشفناه منذ آلاف السنين. في القرن الأول الميلادي، اخترع اليونانيون القدماء التوربينات البخارية. حولت الحرارة الماء إلى بخار، وللبخار خاصية مفيدة جدًا: فهو غاز يسهل تصنيعه ويمكن دفعه.
هذه الحقيقة البسيطة تعني أنه حتى مع حلم قوة الاندماج تزحف أقرب، سنظل في عصر البخار. سيتم الاعتماد على أول مصنع اندماج تجاري التكنولوجيا المتطورة قادرة على احتواء بلازما أكثر سخونة بكثير من نواة الشمس، لكنها ستظل مرتبطة بتوربينة بخارية متواضعة تحول الحرارة إلى حركة إلى كهرباء.
لماذا لا نزال نعتمد على Steam؟
يستهلك الماء المغلي قدرًا كبيرًا من الطاقة، وهو أعلى مستوى من السوائل الشائعة التي نعرفها على الإطلاق. يحتاج الماء إلى طاقة أكبر بحوالي 2.5 مرة ليتبخر من الإيثانول و 60 بالمائة أكثر من سوائل الأمونيا.
لماذا نستخدم البخار بدلا من الغازات الأخرى؟ الماء رخيص وغير سام وسهل التحول من سائل إلى غاز نشط قبل تكثيفه مرة أخرى إلى سائل لاستخدامه مرارًا وتكرارًا.
لقد استمر البخار كل هذه المدة لأن لدينا وفرة من المياه، تغطي 71 بالمائة من سطح الأرض، ويعتبر الماء وسيلة مفيدة لتحويل الطاقة الحرارية (الحرارة) إلى طاقة ميكانيكية (الحركة) إلى طاقة كهربائية (كهرباء). نسعى للحصول على الكهرباء لأنها يمكن أن تنتقل بسهولة ويمكن استخدامها للقيام بأعمال لنا في العديد من المجالات.
عندما يتحول الماء إلى بخار داخل وعاء مغلق، فإنه يتمدد بشكل كبير ويزيد الضغط. يمكن للبخار عالي الضغط تخزين كميات هائلة من الحرارة، كما هو الحال مع أي غاز. إذا تم توفير منفذ، فسوف يتدفق البخار من خلاله بمعدلات تدفق عالية. ضع توربينًا في مسار خروجه وستعمل قوة البخار المتسرب على تدوير شفرات التوربين. تقوم المغناطيسات الكهربائية بتحويل هذه الحركة الميكانيكية إلى كهرباء. يتكثف البخار مرة أخرى إلى الماء وتبدأ العملية مرة أخرى.
تستخدم المحركات البخارية الفحم لتسخين الماء لتوليد البخار لتشغيل المحرك. يؤدي الانشطار النووي إلى تقسيم الذرات لإنتاج الحرارة اللازمة لغلي الماء. سيجبر الاندماج النووي نظائر الهيدروجين الثقيلة (الديوتيريوم والتريتيوم) على الاندماج في ذرات الهيليوم -3 وتوليد المزيد من الحرارة، لغلي الماء لإنتاج البخار لتشغيل التوربينات لتوليد الكهرباء.
إذا نظرت فقط إلى العملية النهائية في معظم محطات الطاقة الحرارية – الفحم، أو الديزل، أو الانشطار النووي، أو حتى الاندماج النووي – فسوف ترى أن التكنولوجيا القديمة للبخار قد وصلت إلى أبعد مدى ممكن.
إن التوربينات البخارية التي تحرك المولدات الكهربائية الكبيرة التي تنتج 60 بالمائة من الكهرباء في العالم هي أشياء جميلة. مئات السنين من التكنولوجيا المعدنية والتصميم والتصنيع المعقد قد أتقنت التوربينات البخارية.
هل سنستمر في استخدام البخار؟ تنتج التقنيات الجديدة الكهرباء دون استخدام البخار على الإطلاق. الألواح الشمسية تعتمد على الفوتونات الواردة التي تضرب الإلكترونات في السيليكون وتولد شحنة، بينما الرياح التوربينات تعمل مثل التوربينات البخارية إلا أن الرياح هي التي تهب على التوربينات وليس البخار. بعض أشكال تخزين الطاقة، مثل الضخ المائي، تستخدم التوربينات ولكن للمياه السائلة، وليس البخار، في حين أن البطاريات لا تستخدم البخار على الإطلاق.
وسرعان ما أصبحت هذه التقنيات مصادر مهمة للطاقة والتخزين. لكن البخار لا يختفي. إذا استخدمنا محطات الطاقة الحرارية، فمن المرجح أننا سنستمر في استخدام البخار.
لماذا لا نستطيع تحويل الحرارة إلى كهرباء؟
قد تتساءل لماذا نحتاج إلى الكثير من الخطوات. لماذا لا نستطيع تحويل الحرارة مباشرة إلى كهرباء؟
إنه ممكن. الأجهزة الحرارية الكهربائية مستخدمة بالفعل في الأقمار الصناعية والمسابير الفضائية.
هذه الأجهزة مصنوعة من سبائك خاصة مثل التيلوريوم الرصاص، وتعتمد على فجوة درجة الحرارة بين الوصلات الساخنة والباردة بين هذه المواد. كلما زاد الفرق في درجة الحرارة، كلما زاد الجهد الذي يمكن أن تولده.
السبب وراء عدم وجود هذه الأجهزة في كل مكان هو أنها تنتج فقط تيارًا مباشرًا (DC) عند الفولتية المنخفضة وتتراوح كفاءتها بين 16 إلى 22 بالمائة في تحويل الحرارة إلى كهرباء. وعلى النقيض من ذلك، فإن محطات الطاقة الحرارية الحديثة تصل كفاءتها إلى 46%.
إذا أردنا إدارة مجتمع باستخدام محركات التحويل الحراري هذه، فسنحتاج إلى مصفوفات كبيرة من هذه الأجهزة لإنتاج تيار مستمر عالي بما فيه الكفاية ومن ثم استخدام العاكسات والمحولات لتحويله إلى التيار المتردد الذي اعتدنا عليه. لذلك، بينما قد تتجنب البخار، سينتهي بك الأمر إلى إضافة تحويلات جديدة لجعل الكهرباء مفيدة.
هناك طرق أخرى لتحويل الحرارة إلى كهرباء. خلايا وقود الأكسيد الصلب ذات درجة الحرارة العالية قيد التطوير لعقود من الزمان. تعمل هذه الأجهزة بحرارة تتراوح بين 500 إلى 1,000 درجة مئوية، ويمكنها حرق الهيدروجين أو الميثانول (بدون لهب فعلي) لإنتاج الكهرباء بالتيار المستمر.
تصل كفاءة خلايا الوقود هذه إلى 60 بالمائة، وربما أعلى من ذلك. على الرغم من أن خلايا الوقود هذه واعدة، إلا أنها ليست جاهزة بعد للعمل في وقت الذروة. لديهم محفزات باهظة الثمن وعمر افتراضي قصير بسبب الحرارة الشديدة. ولكن التقدم هو يجري صنعه.
وإلى أن تنضج مثل هذه التقنيات، سنبقى متمسكين بالبخار كوسيلة لتحويل الحرارة إلى كهرباء. هذا ليس سيئًا للغاية، فالبخار يعمل.
عندما ترى قاطرة بخارية تهتز في الماضي، قد تعتقد أنها تقنية غريبة من الماضي. لكن حضارتنا لا تزال تعتمد بشكل كبير على البخار. لو قوة الانصهار عند وصوله، سيساعد البخار في تعزيز المستقبل أيضًا. عصر البخار لم ينتهي أبدًا.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.
الصورة الائتمان: سيمنز بريسيبيلد عبر ويكيميديا كومنز
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://singularityhub.com/2024/03/19/even-as-the-fusion-era-comes-into-view-were-still-in-the-steam-age/
