Damplokomotiver klaprer langs jernbanespor. Røykebåter som kjerrer nedover Murray. Dreadnought-slagskip drevet av dampmaskiner.

Mange av oss tror dampens tidsalder er over. Men mens dampmotoren har blitt erstattet av forbrenningsmotorer og nå elektriske motorer, er den moderne verden fortsatt avhengig av damp. Nesten alle termiske kraftverk, fra kull til kjernekraft, må ha damp for å fungere. (Gassanlegg gjør det vanligvis ikke).

Men hvorfor? Det er på grunn av noe vi oppdaget for årtusener siden. I det første århundre e.Kr. oppfant de gamle grekerne aeolipilen – en dampturbin. Varme gjorde vann om til damp, og damp har en veldig nyttig egenskap: Det er en lett å lage gass som kan presse.

Dette enkle faktum betyr at selv som drømmen om fusjonskraft kryper nærmere, vil vi fortsatt være i steam-alderen. Det første kommersielle fusjonsanlegget vil stole på banebrytende teknologi i stand til å inneholde plasma som er langt varmere enn solens kjerne - men den vil fortsatt være knyttet til en ydmyk dampturbin som konverterer varme til bevegelse til elektrisitet.

Hvorfor er vi fortsatt avhengige av Steam?

Kokende vann tar en betydelig mengde energi, den desidert høyeste av de vanlige væskene vi er kjent med. Vann bruker omtrent 2.5 ganger mer energi på å fordampe enn etanol gjør og 60 prosent mer enn ammoniakkvæsker.

Hvorfor bruker vi damp fremfor andre gasser? Vann er billig, ikke-giftig og lett å transformere fra flytende til energisk gass før det kondenserer tilbake til væske for bruk igjen og igjen.

Damp har vart så lenge fordi vi har en overflod av vann som dekker 71 prosent av jordens overflate, og vann er en nyttig måte å konvertere termisk energi (varme) til mekanisk energi (bevegelse) til elektrisk energi (elektrisitet). Vi søker elektrisitet fordi den lett kan overføres og kan brukes til å utføre arbeid for oss på mange områder.

Når vann gjøres om til damp inne i en lukket beholder, utvider det seg enormt og øker trykket. Høytrykksdamp kan lagre enorme mengder varme, det samme kan enhver gass. Hvis det gis et utløp, vil dampen strømme gjennom det med høye strømningshastigheter. Sett en turbin i utgangsbanen og kraften fra den dampen som slipper ut vil snurre turbinens blader. Elektromagneter konverterer denne mekaniske bevegelsen til elektrisitet. Dampen kondenserer tilbake til vann og prosessen starter på nytt.

Dampmaskiner brukte kull for å varme opp vann for å lage damp for å drive motoren. Kjernefysisk fisjon splitter atomer for å lage varme til å koke vann. Kjernefysisk fusjon vil tvinge tunge isotoper av hydrogen (deuterium og tritium) til å smelte sammen til helium-3-atomer og skape enda mer varme - for å koke vann for å lage damp for å drive turbiner for å lage elektrisitet.

Hvis du bare så på sluttprosessen i de fleste termiske kraftverk - kull, diesel, kjernefysisk fisjon eller til og med kjernefysisk fusjon - ville du se den gamle teknologien med damp tatt så langt den kan tas.

Dampturbinene som driver de store elektriske dynamoene som produserer 60 prosent av verdens elektrisitet er ting av skjønnhet. Hundrevis av år med metallurgisk teknologi, design og intrikat produksjon har nesten perfeksjonert dampturbinen.

Kommer vi til å fortsette å bruke damp? Nye teknologier produserer strøm uten å bruke damp i det hele tatt. Solcellepaneler stole på at innkommende fotoner treffer elektroner i silisium og skaper en ladning, mens vindturbiner fungerer som dampturbiner bortsett fra med vind som blåser turbinen, ikke damp. Noen former for energilagring, som pumpet vannkraft, bruker turbiner, men for flytende vann, ikke damp, mens batterier ikke bruker damp i det hele tatt.

Disse teknologiene er raskt i ferd med å bli viktige kilder til energi og lagring. Men dampen forsvinner ikke. Hvis vi bruker termiske kraftverk, vil vi sannsynligvis fortsatt bruke damp.

Hvorfor kan vi ikke bare konvertere varme til elektrisitet?

Du lurer kanskje på hvorfor vi trenger så mange trinn. Hvorfor kan vi ikke konvertere varme direkte til elektrisitet?

Det er mulig. Termoelektriske enheter er allerede i bruk i satellitter og romsonder.

Disse enhetene er bygget av spesielle legeringer som bly-tellur, og er avhengige av et temperaturgap mellom varme og kalde overganger mellom disse materialene. Jo større temperaturforskjell, jo større spenning kan de generere.

Grunnen til at disse enhetene ikke er overalt, er at de bare produserer likestrøm (DC) ved lave spenninger og er mellom 16–22 prosent effektive til å konvertere varme til elektrisitet. Derimot er toppmoderne termiske kraftverk opptil 46 prosent effektive.

Hvis vi ønsket å drive et samfunn på disse varmekonverteringsmotorene, ville vi trenge store arrayer av disse enhetene for å produsere høy nok likestrøm og deretter bruke invertere og transformatorer for å konvertere den til vekselstrømmen vi er vant til. Så selv om du kanskje unngår damp, ender du opp med å legge til nye konverteringer for å gjøre strømmen nyttig.

Det finnes andre måter å gjøre varme om til elektrisitet. Høytemperatur fastoksid brenselceller har vært under utvikling i flere tiår. Disse går varme – mellom 500–1,000 grader celsius – og kan brenne hydrogen eller metanol (uten en faktisk flamme) for å produsere likestrøm.

Disse brenselcellene er opptil 60 prosent effektive og potensielt enda høyere. Selv om de er lovende, er disse brenselcellene ennå ikke klare for beste sendetid. De har dyre katalysatorer og kort levetid på grunn av den intense varmen. Men fremgang er det lages.

Inntil teknologier som disse modnes, sitter vi fast med damp som en måte å konvertere varme til elektrisitet. Det er ikke så ille – damp fungerer.

Når du ser et damplokomotiv rasle forbi, tror du kanskje det er en sjarmerende teknologi fra fortiden. Men vår sivilisasjon er fortsatt veldig avhengig av damp. Hvis fusjonskraft kommer, vil damp også bidra til å drive fremtiden. Dampalderen tok egentlig aldri slutt.

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Bilde Credit: Siemens Pressebild via Wikimedia Commons

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://singularityhub.com/2024/03/19/even-as-the-fusion-era-comes-into-view-were-still-in-the-steam-age/