Chiar și atunci când apare epoca Fusion, suntem încă în era Steam

Locomotive cu abur zdrăngănind de-a lungul căilor ferate. Vapoare cu aburi care răsturnează Murray. Nave de luptă Dreadnought alimentate de mașini cu abur.

Mulți dintre noi cred că era aburului s-a încheiat. Dar, în timp ce mașina cu abur a fost înlocuită de motoarele cu ardere internă și acum de motoare electrice, lumea modernă se bazează în continuare pe abur. Aproape toate centralele termice, de la cărbune la nucleare, trebuie să aibă abur pentru a funcționa. (De obicei, instalațiile de gaz nu o fac).

Dar de ce? Din cauza a ceva ce am descoperit cu milenii în urmă. În secolul I d.Hr., grecii antici au inventat aeolipilul - o turbină cu abur. Căldura a transformat apa în abur, iar aburul are o proprietate foarte utilă: este un gaz ușor de produs, care poate împinge.

Acest simplu fapt înseamnă că, chiar și ca visul puterii de fuziune se strecoara mai aproape, vom fi încă în era aburului. Pe prima instalație comercială de fuziune se va baza tehnologia de vârf capabil să conțină plasmă mult mai fierbinte decât miezul soarelui, dar va fi totuși legată de o umilă turbină cu abur care transformă căldura în mișcare în electricitate.

De ce suntem încă dependenți de Steam?

Fierberea apei necesită o cantitate semnificativă de energie, cea mai mare de departe dintre lichidele obișnuite cu care suntem familiarizați. Apa are nevoie de aproximativ 2.5 ori mai multă energie pentru a se evapora decât etanolul și cu 60% mai mult decât lichidele de amoniac.

De ce folosim abur mai degrabă decât alte gaze? Apa este ieftină, netoxică și ușor de transformat din lichid în gaz energetic înainte de a se condensa înapoi în lichid pentru utilizare din nou și din nou.

Aburul a rezistat atât de mult deoarece avem apă din abundență, care acoperă 71 la sută din suprafața Pământului, iar apa este o modalitate utilă de a converti energia termică (căldura) în energie mecanică (mișcare) în energie electrică (electricitate). Căutăm electricitate pentru că poate fi transmisă cu ușurință și poate fi folosită pentru a lucra pentru noi în multe domenii.

Când apa este transformată în abur în interiorul unui recipient închis, se extinde enorm și crește presiunea. Aburul de înaltă presiune poate stoca cantități uriașe de căldură, la fel ca orice gaz. Dacă i se oferă o ieșire, aburul va trece prin ea cu debite mari. Puneți o turbină în calea de ieșire și forța aburului care iese va învârti palele turbinei. Electromagneții transformă această mișcare mecanică în electricitate. Aburul se condensează înapoi în apă și procesul începe din nou.

Motoarele cu abur foloseau cărbune pentru a încălzi apa pentru a crea abur care să conducă motorul. Fisiunea nucleară împarte atomii pentru a face căldură să fiarbă apa. Fuziunea nucleară va forța izotopii grei de hidrogen (deuteriu și tritiu) să se topească în atomi de heliu-3 și să creeze și mai multă căldură - să fierbe apa pentru a face abur pentru a conduce turbinele pentru a produce electricitate.

Dacă te-ai uita doar la procesul final din majoritatea centralelor termice – cărbune, motorină, fisiune nucleară sau chiar fuziune nucleară – ai vedea vechea tehnologie a aburului dusă cât de departe poate fi dusă.

Turbinele cu abur care conduc marile alternatoare electrice care produc 60% din electricitatea mondială sunt lucruri frumoase. Sute de ani de tehnologie metalurgică, design și producție complicată au perfecționat practic turbina cu abur.

Vom continua să folosim abur? Noile tehnologii produc energie electrică fără a utiliza deloc abur. Panouri solare se bazează pe fotonii de intrare care lovesc electronii din siliciu și creează o sarcină, în timp ce turbine eoliene funcționează ca turbinele cu abur, cu excepția cazului în care vântul suflă turbina, nu cu abur. Unele forme de stocare a energiei, cum ar fi hidrocentralele, folosesc turbine, dar pentru apă lichidă, nu pentru abur, în timp ce bateriile nu folosesc deloc abur.

Aceste tehnologii devin rapid surse importante de energie și stocare. Dar aburul nu dispare. Dacă folosim centrale termice, probabil că vom folosi în continuare abur.

De ce nu putem converti căldura în electricitate?

S-ar putea să vă întrebați de ce avem nevoie de atât de mulți pași. De ce nu putem transforma căldura direct în electricitate?

Este posibil. Dispozitivele termoelectrice sunt deja folosite în sateliți și sonde spațiale.

Construite din aliaje speciale, cum ar fi plumb-telur, aceste dispozitive se bazează pe un decalaj de temperatură între joncțiunile calde și reci dintre aceste materiale. Cu cât diferența de temperatură este mai mare, cu atât pot genera o tensiune mai mare.

Motivul pentru care aceste dispozitive nu sunt peste tot este că produc curent continuu (DC) doar la tensiuni joase și sunt între 16 și 22% eficiente în transformarea căldurii în electricitate. În schimb, centralele termice de ultimă generație au o eficiență de până la 46 la sută.

Dacă am dori să conducem o societate pe aceste motoare de conversie a căldurii, am avea nevoie de matrice mari de aceste dispozitive pentru a produce un curent continuu suficient de mare și apoi să folosim invertoare și transformatoare pentru a-l converti în curentul alternativ cu care suntem obișnuiți. Deci, deși s-ar putea să evitați aburul, veți ajunge să fiți nevoit să adăugați noi conversii pentru a face electricitatea utilă.

Există și alte modalități de a transforma căldura în electricitate. Pilele de combustibil cu oxid solid la temperatură înaltă au fost în curs de dezvoltare de zeci de ani. Acestea sunt fierbinți - între 500 și 1,000 de grade Celsius - și pot arde hidrogen sau metanol (fără o flacără reală) pentru a produce electricitate DC.

Aceste celule de combustibil sunt eficiente cu până la 60 la sută și potenţial chiar mai mari. Deși promițătoare, aceste celule de combustibil nu sunt încă pregătite pentru prime time. Au catalizatori scumpi și durate de viață scurte din cauza căldurii intense. Dar progresul este fiind facut.

Până când tehnologiile ca acestea se maturizează, suntem blocați cu aburul ca o modalitate de a converti căldura în electricitate. Nu e chiar atât de rău – aburul funcționează.

Când vezi o locomotivă cu abur trecând, ai putea crede că este o tehnologie ciudată a trecutului. Dar civilizația noastră se bazează încă foarte mult pe abur. Dacă puterea de fuziune sosește, aburul va ajuta și la alimentarea viitorului. Era aburului nu s-a încheiat niciodată cu adevărat.

Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.

Credit imagine: Siemens Pressebild prin Wikimedia Commons

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://singularityhub.com/2024/03/19/even-as-the-fusion-era-comes-into-view-were-still-in-the-steam-age/