Ατμομηχανές που χτυπούν κατά μήκος των σιδηροδρομικών γραμμών. Τα ατμόπλοια με κουπιά κατεβαίνουν το Murray. Θωρηκτά Dreadnought που κινούνται με ατμομηχανές.

Πολλοί από εμάς πιστεύουμε ότι η εποχή του ατμού έχει τελειώσει. Όμως, ενώ η ατμομηχανή έχει αντικατασταθεί από τις μηχανές εσωτερικής καύσης και τώρα τους ηλεκτρικούς κινητήρες, ο σύγχρονος κόσμος εξακολουθεί να βασίζεται στον ατμό. Σχεδόν όλοι οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί, από τον άνθρακα έως τον πυρηνικό, πρέπει να έχουν ατμό για να λειτουργήσουν. (Οι εγκαταστάσεις αερίου συνήθως δεν το κάνουν).

Μα γιατί? Είναι λόγω κάτι που ανακαλύψαμε πριν από χιλιετίες. Τον πρώτο αιώνα μ.Χ., οι αρχαίοι Έλληνες ανακάλυψαν τον αιολίπυλο — έναν ατμοστρόβιλο. Η θερμότητα μετέτρεψε το νερό σε ατμό και ο ατμός έχει μια πολύ χρήσιμη ιδιότητα: Είναι ένα εύκολο στην κατασκευή αέριο που μπορεί να σπρώξει.

Αυτό το απλό γεγονός σημαίνει ότι ακόμη και το όνειρο της fusion power σέρνεται πιο κοντά, θα είμαστε ακόμα στην εποχή του ατμού. Το πρώτο εμπορικό εργοστάσιο σύντηξης θα βασίζεται τεχνολογία αιχμής ικανό να περιέχει πλάσμα πολύ πιο ζεστό από τον πυρήνα του ήλιου - αλλά θα εξακολουθεί να συνδέεται με έναν ταπεινό ατμοστρόβιλο που μετατρέπει τη θερμότητα σε κίνηση σε ηλεκτρική ενέργεια.

Γιατί Εξακολουθούμε να βασιζόμαστε στο Steam;

Το βραστό νερό απαιτεί σημαντική ποσότητα ενέργειας, τη μεγαλύτερη μακράν από τα κοινά υγρά που γνωρίζουμε. Το νερό χρειάζεται περίπου 2.5 φορές περισσότερη ενέργεια για να εξατμιστεί από την αιθανόλη και 60 τοις εκατό περισσότερη ενέργεια από τα υγρά αμμωνίας.

Γιατί χρησιμοποιούμε ατμό αντί για άλλα αέρια; Το νερό είναι φθηνό, μη τοξικό και μετατρέπεται εύκολα από υγρό σε ενεργητικό αέριο πριν συμπυκνωθεί ξανά σε υγρό για χρήση ξανά και ξανά.

Ο ατμός έχει διαρκέσει τόσο πολύ επειδή έχουμε αφθονία νερού, που καλύπτει το 71 τοις εκατό της επιφάνειας της Γης, και το νερό είναι ένας χρήσιμος τρόπος για να μετατρέψουμε τη θερμική ενέργεια (θερμότητα) σε μηχανική ενέργεια (κίνηση) σε ηλεκτρική ενέργεια (ηλεκτρισμός). Αναζητούμε ηλεκτρική ενέργεια γιατί μπορεί να μεταδοθεί εύκολα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κάνει δουλειά για εμάς σε πολλούς τομείς.

Όταν το νερό μετατρέπεται σε ατμό μέσα σε ένα κλειστό δοχείο, διαστέλλεται πολύ και αυξάνει την πίεση. Ο ατμός υψηλής πίεσης μπορεί να αποθηκεύσει τεράστιες ποσότητες θερμότητας, όπως και κάθε αέριο. Εάν δοθεί έξοδος, ο ατμός θα διοχετεύεται μέσω αυτού με υψηλούς ρυθμούς ροής. Βάλτε μια τουρμπίνα στη διαδρομή εξόδου της και η δύναμη του ατμού που διαφεύγει θα περιστρέψει τα πτερύγια της τουρμπίνας. Οι ηλεκτρομαγνήτες μετατρέπουν αυτή τη μηχανική κίνηση σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο ατμός συμπυκνώνεται πίσω στο νερό και η διαδικασία ξεκινά ξανά.

Οι ατμομηχανές χρησιμοποιούσαν άνθρακα για τη θέρμανση του νερού για τη δημιουργία ατμού για την κίνηση του κινητήρα. Η πυρηνική σχάση διασπά τα άτομα για να κάνει θερμότητα για να βράσει το νερό. Η πυρηνική σύντηξη θα αναγκάσει βαριά ισότοπα υδρογόνου (δευτέριο και τρίτιο) να συντηχθούν σε άτομα ηλίου-3 και να δημιουργήσουν ακόμη περισσότερη θερμότητα - να βράσουν νερό για να δημιουργήσουν ατμό για να οδηγήσουν τουρμπίνες για να παράγουν ηλεκτρισμό.

Αν κοιτούσατε μόνο την τελική διαδικασία στους περισσότερους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς - άνθρακα, ντίζελ, πυρηνική σχάση ή ακόμα και πυρηνική σύντηξη - θα βλέπατε την παλιά τεχνολογία του ατμού να λαμβάνεται όσο πιο μακριά μπορεί να φτάσει.

Οι ατμοστρόβιλοι που κινούν τους μεγάλους ηλεκτρικούς εναλλάκτες που παράγουν το 60 τοις εκατό της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας είναι πράγματα ομορφιάς. Εκατοντάδες χρόνια μεταλλουργικής τεχνολογίας, σχεδιασμού και περίπλοκης κατασκευής έχουν τελειοποιήσει τον ατμοστρόβιλο.

Θα συνεχίσουμε να χρησιμοποιούμε ατμό; Οι νέες τεχνολογίες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χωρίς να χρησιμοποιούν καθόλου ατμό. Ηλιακούς συλλέκτες βασίζονται στα εισερχόμενα φωτόνια που χτυπούν ηλεκτρόνια στο πυρίτιο και δημιουργούν φορτίο, ενώ ανεμογεννήτριες λειτουργούν σαν ατμοστρόβιλοι εκτός από τον άνεμο που φυσά την τουρμπίνα, όχι με ατμό. Ορισμένες μορφές αποθήκευσης ενέργειας, όπως η αντλούμενη υδροηλεκτρική ενέργεια, χρησιμοποιούν τουρμπίνες αλλά για υγρό νερό, όχι ατμό, ενώ οι μπαταρίες δεν χρησιμοποιούν καθόλου ατμό.

Αυτές οι τεχνολογίες γίνονται γρήγορα σημαντικές πηγές ενέργειας και αποθήκευσης. Αλλά ο ατμός δεν φεύγει. Εάν χρησιμοποιούμε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, πιθανότατα θα συνεχίσουμε να χρησιμοποιούμε ατμό.

Γιατί δεν μπορούμε απλώς να μετατρέψουμε τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια;

Ίσως αναρωτιέστε γιατί χρειαζόμαστε τόσα πολλά βήματα. Γιατί δεν μπορούμε να μετατρέψουμε τη θερμότητα απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια;

Είναι δυνατόν. Οι θερμοηλεκτρικές συσκευές χρησιμοποιούνται ήδη σε δορυφόρους και διαστημικούς ανιχνευτές.

Κατασκευασμένες από ειδικά κράματα όπως μόλυβδος-τελλούριο, αυτές οι συσκευές βασίζονται σε ένα κενό θερμοκρασίας μεταξύ θερμών και ψυχρών ενώσεων μεταξύ αυτών των υλικών. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας, τόσο μεγαλύτερη τάση μπορούν να παράγουν.

Ο λόγος που αυτές οι συσκευές δεν βρίσκονται παντού είναι ότι παράγουν μόνο συνεχές ρεύμα (DC) σε χαμηλές τάσεις και είναι μεταξύ 16-22 τοις εκατό αποδοτικές στη μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Αντίθετα, οι υπερσύγχρονες θερμοηλεκτρικές μονάδες είναι αποδοτικές έως και 46%.

Αν θέλαμε να λειτουργήσουμε μια κοινωνία με αυτούς τους κινητήρες μετατροπής θερμότητας, θα χρειαζόμασταν μεγάλες συστοιχίες από αυτές τις συσκευές για να παράγουν αρκετά υψηλό ρεύμα συνεχούς ρεύματος και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουμε μετατροπείς και μετασχηματιστές για να το μετατρέψουμε στο εναλλασσόμενο ρεύμα που έχουμε συνηθίσει. Έτσι, ενώ μπορεί να αποφύγετε τον ατμό, καταλήγετε να πρέπει να προσθέσετε νέες μετατροπές για να κάνετε την ηλεκτρική ενέργεια χρήσιμη.

Υπάρχουν άλλοι τρόποι για να μετατρέψετε τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου υψηλής θερμοκρασίας βρίσκονται υπό ανάπτυξη για δεκαετίες. Αυτά λειτουργούν ζεστά - μεταξύ 500-1,000 βαθμών Κελσίου - και μπορούν να κάψουν υδρογόνο ή μεθανόλη (χωρίς πραγματική φλόγα) για να παράγουν ηλεκτρισμό συνεχούς ρεύματος.

Αυτές οι κυψέλες καυσίμου είναι έως και 60 τοις εκατό αποδοτικές και ενδεχομένως ακόμη υψηλότερες. Παρόλο που είναι πολλά υποσχόμενα, αυτές οι κυψέλες καυσίμου δεν είναι ακόμη έτοιμες για την πρώτη στιγμή. Έχουν ακριβούς καταλύτες και μικρή διάρκεια ζωής λόγω της έντονης ζέστης. Αλλά η πρόοδος είναι γίνονται.

Μέχρι να ωριμάσουν τεχνολογίες σαν αυτές, είμαστε κολλημένοι με τον ατμό ως τρόπο μετατροπής της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό δεν είναι τόσο κακό - το steam λειτουργεί.

Όταν βλέπετε μια ατμομηχανή να κροταλίζει, μπορεί να νομίζετε ότι είναι μια γραφική τεχνολογία του παρελθόντος. Αλλά ο πολιτισμός μας εξακολουθεί να βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στον ατμό. Αν δύναμη σύντηξης φτάνει, ο ατμός θα βοηθήσει και στο μέλλον. Η εποχή του ατμού δεν τελείωσε ποτέ πραγματικά.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Image Credit: Siemens Pressebild μέσω Wikimedia Commons

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2024/03/19/even-as-the-fusion-era-comes-into-view-were-still-in-the-steam-age/