Buharlı lokomotifler demiryolu rayları boyunca tangırdayarak ilerliyor. Çarpmalı vapurlar Murray'de çalkalanıyor. Buhar motorlarıyla çalışan savaş gemileri.

Birçoğumuz buhar çağının sona erdiğini düşünüyoruz. Ancak buhar motorunun yerini içten yanmalı motorlar ve şimdi de elektrik motorları almış olsa da, modern dünya hâlâ buhara güveniyor. Kömürden nükleere kadar hemen hemen tüm termik santrallerin çalışabilmesi için buhara sahip olması gerekir. (Gaz tesisleri genellikle bunu yapmaz).

Ama neden? Bunun nedeni binlerce yıl önce keşfettiğimiz bir şey. MS 1. yüzyılda eski Yunanlılar aeolipile'i (bir buhar türbini) icat ettiler. Isı, suyu buhara dönüştürdü ve buharın çok kullanışlı bir özelliği var: Yapımı kolay, itebilen bir gaz.

Bu basit gerçek şu anlama gelir: füzyon gücü hayali bile yaklaşıyorhala buhar çağında olacağız. İlk ticari füzyon tesisi şunlara güvenecek: son teknoloji Güneş'in çekirdeğinden çok daha sıcak olan plazmayı içerebilecek ama yine de ısıyı harekete, elektriğe dönüştüren mütevazı bir buhar türbinine bağlı olacak.

Neden Hala Steam'e Güveniyoruz?

Suyu kaynatmak önemli miktarda enerji gerektirir; bu, aşina olduğumuz yaygın sıvılar arasında açık ara en yüksek enerjidir. Suyun buharlaşması etanolden 2.5 kat, amonyak sıvılarından ise yüzde 60 daha fazla enerji gerektirir.

Neden diğer gazlar yerine buhar kullanıyoruz? Su ucuzdur, toksik değildir ve tekrar tekrar kullanılmak üzere tekrar sıvıya dönüşmeden önce sıvıdan enerjik gaza dönüştürülmesi kolaydır.

Buhar bu kadar uzun süre dayandı çünkü Dünya yüzeyinin yüzde 71'ini kaplayan bol miktarda suya sahibiz ve su, termal enerjiyi (ısı) mekanik enerjiye (hareket), elektrik enerjisine (elektrik) dönüştürmenin yararlı bir yoludur. Elektriği ararız çünkü kolaylıkla iletilebilir ve birçok alanda bizim için iş yapmak üzere kullanılabilir.

Kapalı bir kapta su buhara dönüştürüldüğünde büyük oranda genleşir ve basınç artar. Yüksek basınçlı buhar, herhangi bir gaz gibi büyük miktarlarda ısı depolayabilir. Bir çıkış verilirse, buhar yüksek akış hızlarıyla içinden geçecektir. Çıkış yoluna bir türbin koyun; kaçan buharın kuvveti türbinin kanatlarını döndürecektir. Elektromıknatıslar bu mekanik hareketi elektriğe dönüştürür. Buhar tekrar suya yoğunlaşır ve işlem yeniden başlar.

Buhar motorları, motoru çalıştırmak için buhar oluşturmak amacıyla suyu ısıtmak için kömür kullanıyordu. Nükleer fisyon, suyu kaynatmak için gerekli ısıyı elde etmek amacıyla atomları böler. Nükleer füzyon, hidrojenin ağır izotoplarını (döteryum ve trityum) helyum-3 atomlarına kaynaşmaya zorlayacak ve daha da fazla ısı yaratacak; elektrik üretmek için türbinleri çalıştıracak buharı üretmek üzere suyu kaynatacak.

Çoğu termik santralin yalnızca son sürecine (kömür, dizel, nükleer fisyon ve hatta nükleer füzyon) bakarsanız, eski buhar teknolojisinin alınabildiği yere kadar götürüldüğünü görürsünüz.

Dünya elektriğinin yüzde 60'ını üreten büyük elektrik alternatörlerini çalıştıran buhar türbinleri çok güzel şeyler. Yüzlerce yıllık metalürji teknolojisi, tasarım ve karmaşık üretim, buhar türbinini neredeyse mükemmelleştirdi.

Steam kullanmaya devam edecek miyiz? Yeni teknolojiler buhar kullanmadan elektrik üretiyor. Solar paneller gelen fotonların silikondaki elektronlara çarpmasına ve yük oluşturmasına güvenirken, rüzgar türbinleri Türbini buhar değil rüzgarın üflemesi dışında buhar türbinleri gibi çalışırlar. Pompalanan hidroelektrik gibi bazı enerji depolama biçimleri türbinleri kullanır ancak buhar için değil sıvı su için kullanılırken piller hiç buhar kullanmaz.

Bu teknolojiler hızla önemli enerji ve depolama kaynakları haline geliyor. Ancak buhar gitmiyor. Termik santralleri kullanırsak muhtemelen hâlâ buhar kullanıyor olacağız.

Neden Isıyı Elektriğe Dönüştüremiyoruz?

Neden bu kadar çok adıma ihtiyacımız olduğunu merak edebilirsiniz. Neden ısıyı doğrudan elektriğe dönüştüremiyoruz?

Bu mümkün. Termo-elektrik cihazlar halihazırda uydularda ve uzay sondalarında kullanılıyor.

Kurşun-tellür gibi özel alaşımlardan üretilen bu cihazlar, bu malzemeler arasındaki sıcak ve soğuk bağlantılar arasındaki sıcaklık farkına dayanır. Sıcaklık farkı ne kadar büyük olursa üretebilecekleri voltaj da o kadar büyük olur.

Bu cihazların her yerde bulunmamasının nedeni, yalnızca düşük voltajda doğru akım (DC) üretmeleri ve ısıyı elektriğe dönüştürmede yüzde 16-22 arasında verimli olmalarıdır. Buna karşılık son teknolojiye sahip termik santraller yüzde 46'ya varan oranda verimlidir.

Eğer bir toplumu bu ısı dönüşüm motorlarıyla yönetmek isteseydik, yeterince yüksek DC akımı üretmek için bu cihazlardan oluşan geniş dizilere ihtiyacımız olurdu ve daha sonra bunu alıştığımız alternatif akıma dönüştürmek için invertörler ve transformatörler kullanırdık. Yani buhardan kaçınırken, elektriği faydalı hale getirmek için yeni dönüşümler eklemek zorunda kalırsınız.

Isıyı elektriğe dönüştürmenin başka yolları da var. Yüksek sıcaklıkta katı oksit yakıt hücreleri geliştirilme aşamasındadır yıllardır. Bunlar 500 ila 1,000 santigrat derece arasında sıcak çalışır ve DC elektrik üretmek için hidrojen veya metanol (gerçek bir alev olmadan) yakabilir.

Bu yakıt hücreleri yüzde 60'a kadar verimlidir ve potansiyel olarak daha da yüksektir. Umut verici olsa da, bu yakıt hücreleri henüz kullanıma hazır değil. Yoğun ısı nedeniyle pahalı katalizörlere ve kısa ömürlere sahiptirler. Fakat ilerleme yapıyor olmak.

Bunun gibi teknolojiler olgunlaşana kadar, ısıyı elektriğe dönüştürmenin bir yolu olarak buharla yetineceğiz. Bu o kadar da kötü değil; buhar işe yarıyor.

Bir buharlı lokomotifin çıngırak sesiyle yanından geçtiğini gördüğünüzde, bunun geçmişin tuhaf bir teknolojisi olduğunu düşünebilirsiniz. Ancak uygarlığımız hala büyük ölçüde buhara dayanıyor. Eğer füzyon gücü geldiğinde, buhar geleceğe de güç sağlamaya yardımcı olacak. Buhar çağı aslında hiçbir zaman sona ermedi.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.

Resim Kredi: Wikimedia Commons aracılığıyla Siemens Pressebild

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2024/03/19/even-as-the-fusion-era-comes-into-view-were-still-in-the-steam-age/