Люди в мире до сих пор кипятят воду, чтобы производить электричество. Ученые призывают не забывать о важности старинной технологии
А в чем тренд?
Человечество постоянно ищет более экологичные и эффективные источники энергии. Но несмотря на разработку новых технологий, современный мир по-прежнему использует пар. Почти все тепловые электростанции, от угольных до атомных, работают на нем. Еще в I веке нашей эры древние греки изобрели эолипил. Это турбина, где тепло превращает воду в пар, который может приводить что-то в движение. Эта установка оказалась такой эффективной, что она до сих пор остается в основе большинства механизмов производства энергии.
Почему мы все еще зависим от пара
Для кипячения воды требуется значительное количество энергии — в 2,5 раза больше, чем для испарения этанола, и на 60% больше, чем для испарения аммиака. Однако вода дешева и нетоксична. Она легко превращается из жидкого состояния в газообразное, а затем снова конденсируется для повторного использования.
Паровые двигатели продержались так долго, потому что вода покрывает 71% поверхности Земли. Это дает огромные возможности использовать ее для преобразования тепла в механическую и электрическую энергию.
Энергия пара
Когда вода нагревается внутри закрытого контейнера, то она сильно расширяется и увеличивает давление. Если дать пару выход, то он начнет прорываться через него с большой скоростью. Достаточно лишь поставить рядом с ним турбину. Через магниты это движение можно преобразовывать в электричество.
В паровых двигателях, сжигая уголь, нагревали воду, чтобы создать пар для привода двигателя в движение. На атомных электростанциях для этого используют цепную реакцию деления урана. Таким образом, даже ядерная энергия работает на старую технологию создания пара.
Андреас Хельвиг, доцент Университета Южного Квинсленда в Австралии, подчеркивает: «Паровые турбины, приводящие в движение большие электрические генераторы, которые вырабатывают 60% мирового электричества — это прекрасное зрелище. Сотни лет металлургических технологий, дизайна и сложного производства довели технологию до совершенства».
Продолжит ли человечество использовать пар
Новые технологии производят электричество без использования пара. Солнечные батареи получают его из входящих фотонов, а ветряные турбины вращаются благодаря ветру. Эти технологии становятся все более важными источниками производства и хранений энергии. Однако пар никуда не денется, потому что человечество все еще не придумало более совершенный способ преобразовывать тепло в электричество.
Существуют термоэлектрические устройства, которые используются в спутниках и космических зондах. Они полагаются на температурный зазор между несколькими типами материалов. Однако их эффективность держится в пределах 16–22%. Для сравнения: КПД современных тепловых электростанций составляет 40–46%.
Андреас Хельвиг констатирует: «Когда вы видите паровоз, то можете подумать, что это причудливая технология прошлого. Однако наша цивилизация до сих пор в значительной степени опирается на пар. Даже если появится энергия термоядерного синтеза, мы продолжим его использовать. Эпоха пара на самом деле никогда не заканчивалась».