Bahkan Saat Era Fusion Mulai Terlihat—Kita Masih Berada di Era Uap

Lokomotif uap bergemerincing di sepanjang rel kereta api. Kapal uap dayung berputar di Sungai Murray. Kapal perang Dreadnought yang ditenagai oleh mesin uap.

Banyak dari kita mengira zaman uap telah berakhir. Namun meski mesin uap telah digantikan oleh mesin pembakaran internal dan sekarang motor listrik, dunia modern masih mengandalkan uap. Hampir semua pembangkit listrik tenaga panas, mulai dari batu bara hingga nuklir, harus memiliki uap agar dapat berfungsi. (Pabrik gas biasanya tidak).

Tapi kenapa? Itu karena sesuatu yang kita temukan ribuan tahun yang lalu. Pada abad pertama Masehi, orang Yunani kuno menemukan aeolipile—turbin uap. Panas mengubah air menjadi uap, dan uap memiliki khasiat yang sangat berguna: Ini adalah gas yang mudah dibuat dan dapat didorong.

Fakta sederhana ini berarti bahwa kekuatan fusi seperti impian merayap mendekat, kita masih akan berada di zaman uap. Pabrik fusi komersial pertama akan mengandalkannya teknologi mutakhir mampu menampung plasma yang jauh lebih panas daripada inti matahari—tetapi plasma tersebut masih akan digabungkan dengan turbin uap sederhana yang mengubah panas menjadi gerakan menjadi listrik.

Mengapa Kita Masih Mengandalkan Steam?

Mendidih air membutuhkan sejumlah besar energi, yang merupakan energi tertinggi yang pernah kita kenal sejauh ini. Air membutuhkan energi 2.5 kali lebih banyak untuk menguap dibandingkan etanol dan 60 persen lebih banyak dibandingkan cairan amonia.

Mengapa kita menggunakan uap dibandingkan gas lainnya? Air murah, tidak beracun, dan mudah diubah dari cair menjadi gas energik sebelum dikondensasi kembali menjadi cair untuk digunakan berulang kali.

Uap telah bertahan selama ini karena kita memiliki air yang melimpah, menutupi 71 persen permukaan bumi, dan air merupakan cara yang berguna untuk mengubah energi panas (panas) menjadi energi mekanik (gerakan) menjadi energi listrik (listrik). Kami mencari listrik karena mudah disalurkan dan digunakan untuk melakukan pekerjaan di banyak tempat.

Ketika air diubah menjadi uap di dalam wadah tertutup, air akan mengembang sangat besar dan meningkatkan tekanan. Uap bertekanan tinggi dapat menyimpan panas dalam jumlah besar, sama seperti gas lainnya. Jika diberi saluran keluar, uap akan mengalir melaluinya dengan laju aliran yang tinggi. Letakkan turbin pada jalur keluarnya dan kekuatan uap yang keluar akan memutar bilah turbin. Elektromagnet mengubah gerakan mekanis ini menjadi listrik. Uap mengembun kembali menjadi air dan prosesnya dimulai lagi.

Mesin uap menggunakan batu bara untuk memanaskan air guna menghasilkan uap untuk menggerakkan mesin. Fisi nuklir memecah atom untuk menghasilkan panas untuk merebus air. Fusi nuklir akan memaksa isotop berat hidrogen (deuterium dan tritium) berfusi menjadi atom helium-3 dan menghasilkan lebih banyak panas—untuk merebus air menjadi uap guna menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik.

Jika Anda hanya melihat proses akhir di sebagian besar pembangkit listrik tenaga panas—batubara, diesel, fisi nuklir, atau bahkan fusi nuklir—Anda akan melihat teknologi uap lama telah dikembangkan sejauh mungkin.

Turbin uap yang menggerakkan alternator listrik besar yang menghasilkan 60 persen listrik dunia merupakan hal yang sangat indah. Teknologi metalurgi, desain, dan manufaktur yang rumit selama ratusan tahun telah menyempurnakan turbin uap.

Akankah kita tetap menggunakan uap? Teknologi baru menghasilkan listrik tanpa menggunakan uap sama sekali. Panel surya mengandalkan foton yang masuk mengenai elektron dalam silikon dan menghasilkan muatan, sementara itu turbin angin beroperasi seperti turbin uap kecuali turbin tersebut dihembuskan oleh angin, bukan uap. Beberapa bentuk penyimpanan energi, seperti pompa air, menggunakan turbin tetapi untuk air cair, bukan uap, sedangkan baterai tidak menggunakan uap sama sekali.

Teknologi ini dengan cepat menjadi sumber energi dan penyimpanan yang penting. Tapi uapnya tidak kunjung hilang. Jika kita menggunakan pembangkit listrik tenaga panas, kemungkinan besar kita masih menggunakan uap.

Mengapa Kita Tidak Bisa Mengubah Panas Menjadi Listrik Saja?

Anda mungkin bertanya-tanya mengapa kita memerlukan begitu banyak langkah. Mengapa kita tidak bisa langsung mengubah panas menjadi listrik?

Itu mungkin. Perangkat termo-listrik sudah digunakan di satelit dan pesawat luar angkasa.

Dibuat dari paduan khusus seperti timbal-telurium, perangkat ini mengandalkan kesenjangan suhu antara sambungan panas dan dingin antara bahan-bahan tersebut. Semakin besar perbedaan suhu, semakin besar tegangan yang dapat dihasilkannya.

Alasan mengapa perangkat ini tidak tersedia di mana-mana adalah karena perangkat ini hanya menghasilkan arus searah (DC) pada tegangan rendah dan efisien antara 16–22 persen dalam mengubah panas menjadi listrik. Sebaliknya, pembangkit listrik termal yang canggih memiliki efisiensi hingga 46 persen.

Jika kita ingin menjalankan masyarakat dengan mesin konversi panas ini, kita memerlukan sejumlah besar perangkat ini untuk menghasilkan arus DC yang cukup tinggi dan kemudian menggunakan inverter dan transformator untuk mengubahnya menjadi arus bolak-balik yang biasa kita gunakan. Jadi, meskipun Anda mungkin menghindari uap, pada akhirnya Anda harus menambahkan konversi baru agar listrik dapat berguna.

Ada cara lain untuk mengubah panas menjadi listrik. Sel bahan bakar oksida padat suhu tinggi telah dikembangkan selama beberapa dekade. Ini menghasilkan panas—antara 500–1,000 derajat celsius—dan dapat membakar hidrogen atau metanol (tanpa nyala api sebenarnya) untuk menghasilkan listrik DC.

Sel bahan bakar ini memiliki efisiensi hingga 60 persen dan bahkan berpotensi lebih tinggi. Meski menjanjikan, sel bahan bakar ini belum siap untuk ditayangkan perdana. Katalisnya mahal dan umurnya pendek karena panas yang menyengat. Tapi ada kemajuan sedang dibuat.

Sampai teknologi seperti ini matang, kita masih terjebak dengan uap sebagai cara untuk mengubah panas menjadi listrik. Itu tidak terlalu buruk—uap berfungsi.

Saat Anda melihat lokomotif uap melintas, Anda mungkin mengira itu adalah teknologi kuno di masa lalu. Namun peradaban kita masih sangat bergantung pada uap. Jika kekuatan fusi tiba, uap juga akan membantu menggerakkan masa depan. Era uap tidak pernah benar-benar berakhir.

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Gambar Kredit: Siemens Pressebild melalui Wikimedia Commons

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://singularityhub.com/2024/03/19/even-as-the-fusion-era-comes-into-view-were-still-in-the-steam-age/