גם כשעידן הפיוז'ן נכנס לעין - אנחנו עדיין בעידן Steam

קטרי קיטור מקשקשים לאורך פסי רכבת. ספינות קיטור מתפתלות במורד המורי. ספינות קרב מסוג דרדנוט המונעות במנועי קיטור.

רבים מאיתנו חושבים שעידן הקיטור הסתיים. אבל בעוד שמנוע הקיטור הוחלף על ידי מנועי בעירה פנימית וכיום מנועים חשמליים, העולם המודרני עדיין מסתמך על קיטור. כמעט בכל תחנות הכוח התרמיות, מפחם ועד גרעיני, חייבות להיות קיטור כדי לתפקד. (מפעלי גז בדרך כלל לא).

אבל למה? זה בגלל משהו שגילינו לפני אלפי שנים. במאה הראשונה לספירה, היוונים הקדמונים המציאו את ה-aeolipile - טורבינת קיטור. חום הפך מים לקיטור, ולאדים יש תכונה שימושית מאוד: זהו גז קל להכנה שיכול לדחוף.

עובדה פשוטה זו אומרת שאפילו כחלום של כוח היתוך מתקרב יותר, אנחנו עדיין נהיה בעידן הקיטור. מפעל ההיתוך המסחרי הראשון יסתמך על טכנולוגיה חדשנית מסוגל להכיל פלזמה לוהטת בהרבה מליבת השמש - אבל היא עדיין תתחבר לטורבינת קיטור צנועה הממירה חום לתנועה לחשמל.

למה אנחנו עדיין סומכים על Steam?

מים רותחים לוקחים כמות משמעותית של אנרגיה, הגבוהה ביותר מבין הנוזלים הנפוצים שאנו מכירים. מים לוקחים בערך פי 2.5 יותר אנרגיה להתאדות מאשר אתנול ו-60 אחוז יותר מנוזלי אמוניה.

מדוע אנו משתמשים בקיטור ולא בגזים אחרים? מים הם זולים, לא רעילים וקלים להפיכתם מנוזל לגז אנרגטי לפני שהם מתעבים חזרה לנוזל לשימוש שוב ושוב.

קיטור נמשך כל כך הרבה זמן מכיוון שיש לנו שפע של מים, המכסים 71 אחוז משטח כדור הארץ, ומים הם דרך שימושית להמיר אנרגיה תרמית (חום) לאנרגיה מכנית (תנועה) לאנרגיה חשמלית (חשמל). אנו מחפשים חשמל מכיוון שניתן להעביר אותו בקלות וניתן להשתמש בו כדי לבצע עבורנו עבודה בתחומים רבים.

כשהמים הופכים לאדים בתוך מיכל סגור, הם מתרחבים מאוד ומגבירים את הלחץ. קיטור בלחץ גבוה יכול לאגור כמויות עצומות של חום, כמו כל גז. אם ניתן יציאה, הקיטור יזנק דרכו בקצבי זרימה גבוהים. שים טורבינה בנתיב היציאה שלה וכוח הקיטור הבורח יסובב את להבי הטורבינה. אלקטרומגנטים ממירים את התנועה המכנית הזו לחשמל. האדים מתעבים בחזרה למים והתהליך מתחיל שוב.

מנועי קיטור השתמשו בפחם כדי לחמם מים כדי ליצור קיטור להנעת המנוע. ביקוע גרעיני מפצל אטומים כדי ליצור חום להרתיח מים. היתוך גרעיני יאלץ איזוטופים כבדים של מימן (דאוטריום וטריטיום) להתמזג לאטומי הליום-3 וליצור עוד יותר חום - להרתיח מים כדי ליצור קיטור כדי להניע טורבינות לייצר חשמל.

אם היית מסתכל רק על התהליך הסופי ברוב תחנות הכוח התרמיות - פחם, סולר, ביקוע גרעיני, או אפילו היתוך גרעיני - היית רואה את הטכנולוגיה הישנה של קיטור נלקחת עד כמה שניתן.

טורבינות הקיטור המניעות את האלטרנטורים החשמליים הגדולים שמייצרים 60 אחוז מהחשמל בעולם הן דברים יפים. מאות שנים של טכנולוגיה מתכתית, עיצוב וייצור מורכב כמעט שיכללו את טורבינת הקיטור.

האם נמשיך להשתמש בקיטור? טכנולוגיות חדשות מייצרות חשמל מבלי להשתמש בקיטור כלל. פנלים סולאריים להסתמך על פוטונים נכנסים שפוגעים באלקטרונים בסיליקון ויוצרים מטען, תוך כדי טורבינות רוח פועלים כמו טורבינות קיטור חוץ מרוח נושבת בטורבינה, לא קיטור. צורות מסוימות של אגירת אנרגיה, כגון הידרו שאוב, משתמשות בטורבינות אך עבור מים נוזליים, לא קיטור, בעוד שסוללות אינן משתמשות בקיטור כלל.

טכנולוגיות אלו הופכות במהירות למקורות אנרגיה ואחסון חשובים. אבל קיטור לא עובר. אם נשתמש בתחנות כוח תרמיות, סביר להניח שעדיין נשתמש בקיטור.

למה אנחנו לא יכולים פשוט להמיר חום לחשמל?

אתה אולי תוהה למה אנחנו צריכים כל כך הרבה צעדים. למה אנחנו לא יכולים להמיר חום ישירות לחשמל?

זה אפשרי. מכשירים תרמו-חשמליים כבר נמצאים בשימוש בלוויינים וחלליות.

בנויים מסגסוגות מיוחדות כגון עופרת-טלוריום, מכשירים אלה מסתמכים על פער טמפרטורה בין צמתים חמים וקרים בין חומרים אלה. ככל שהפרש הטמפרטורה גדול יותר, כך הם יכולים ליצור מתח גדול יותר.

הסיבה שהמכשירים האלה לא נמצאים בכל מקום היא שהם מייצרים רק זרם ישר (DC) במתחים נמוכים ויעילים בין 16-22 אחוזים בהמרת חום לחשמל. לעומת זאת, תחנות כוח תרמיות חדישות ביעילות של עד 46 אחוז.

אם היינו רוצים להפעיל חברה על מנועי המרת החום האלה, היינו צריכים מערכים גדולים של התקנים אלה כדי לייצר זרם DC גבוה מספיק ואז להשתמש בממירים ושנאים כדי להמיר אותו לזרם החילופין שאנחנו רגילים אליו. אז למרות שאתה עשוי להימנע מקיטור, בסופו של דבר תצטרך להוסיף המרות חדשות כדי להפוך את החשמל לשימושי.

ישנן דרכים אחרות להפוך חום לחשמל. תאי דלק תחמוצת מוצק בטמפרטורה גבוהה היו בפיתוח למשך עשרות שנים. אלה מתחממים - בין 500-1,000 מעלות צלזיוס - ויכולים לשרוף מימן או מתנול (ללא להבה ממשית) כדי לייצר חשמל DC.

תאי דלק אלו יעילים עד 60 אחוז ופוטנציאל גבוה אף יותר. למרות שמבטיחים, תאי הדלק הללו עדיין לא מוכנים לפריים טיים. יש להם זרזים יקרים ותוחלת חיים קצרה בגלל החום העז. אבל התקדמות כן נעשים.

עד להבשיל טכנולוגיות כאלה, אנחנו תקועים עם קיטור כדרך להמיר חום לחשמל. זה לא כל כך נורא - קיטור עובד.

כשאתה רואה קטר קיטור מקשקש על פניו, אתה עלול לחשוב שזו טכנולוגיה מוזרה של העבר. אבל הציוויליזציה שלנו עדיין מסתמכת מאוד על קיטור. אם כוח היתוך מגיע, קיטור יעזור להניע גם את העתיד. עידן הקיטור לא באמת נגמר.

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.

תמונת אשראי: סימנס פרסבילד באמצעות ויקימדיה קומונס

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://singularityhub.com/2024/03/19/even-as-the-fusion-era-comes-into-view-were-still-in-the-steam-age/