Camille Jenatzy – belgijski kierowca wyścigowy. Jako pierwszy człowiek przekroczył 100 km/h w samochodzie elektrycznym La Jamais Contente w 1899 roku. Dziś wracamy do tej technologii - w inzynierii zdarza się to dość często.
A w ogóle to czy inżynier ma marzyć? A może wręcz powinien?
Jak już wspomniałem w poprzedniej notce poświęconej nauce inżynieria służy tworzeniu nowych, często jeszcze nieznanych szerszemu ogółowi bytów. Inżynieria zajmuje się również modyfikowaniem bytów już istniejących. W przeciwieństwie do nauki, która bada istniejącą (lub według innych wyobrażoną) rzeczywistość inżynieria jest działalnością twórczą.
Oczywiście nauka i inżynieria są od siebie silnie zależne. Współczesny złożony eksperyment naukowy wymaga współpracy naukowców z inżynierami i odwrotnie nauka w wielu przypadkach świadczy (lub świadczyła) pomoc inżynierom przy tworzeniu nowych bytów lub doskonaleniu już istniejących.
Wielu ludzi, a w szczególności polityków i dziennikarzy żąda od nauki tak zwanej „innowacyjności”, a tymczasem to skądinąd słuszne żądanie powinno być skierowane raczej w stronę inżynierii. Współczesna nauka najczęściej nie jest w stanie szybko odpowiedzieć na tego typu żądania. Poza tym konsekwencji nowych odkryć zazwyczaj nie da się przewidzieć – stosunkowo niedawno przyznano Nagrodę Nobla za detekcję fal grawitacyjnych (eksperyment LIGO/Virgo). Dziś ma to jedynie znaczenie poznawcze, ale czy tak również będzie w przyszłości?
W 1989 r. pracowałem jeszcze na uczelni jako fizyk – drzwi do pracowni (nie tylko mojej) prawie się nie zamykały – mnóstwo ludzi chciało się dowiedzieć „u źródła” o praktyczne konsekwencje „wykrycia” zimnej fuzji jądrowej. Po pewnym czasie odpowiadałem złośliwe tekstem piosenki z 1985 r. Kupię Skodę na wodę (ciężką?)
Inżynieria pozwala snuć marzenia, jednak zazwyczaj szybko powraca do kontaktu z rzeczywistością. Obiecałem, że będzie o Edisonie i Tesli, daruję sobie jednak notki biograficzne – jest ich sporo w Internecie, a skoncentruję się na elektryczności i wojnie prądu przemiennego ze stałym. Jeden z moich byłych szefów Śp. Profesor (i znakomity Inżynier!) Jan Kaczmarek mawiał:
„Nie ma technologii zły i dobrych – są tylko dobrze i źle stosowane”.
Jeszcze stosunkowo niedawno samochody były wyposażane w prądnice prądu stałego. Wynikało to z oczywistej potrzeby ładowania akumulatora. Takie prądnice były wyposażane w tak zwany komutator, którego zadaniem było synchroniczne wraz z obrotami wirnika przełączanie kierunku prądu, tak, aby w rezultacie generowany był prąd stały.
Mniej więcej w połowie lat 1970 podejście się zmieniło, a powód był prosty. Pojawiły się efektywne diody półprzewodnikowe i w samochodach w miejsce prądnic wprowadzono alternatory. Zniknęły problemy z iskrzeniem podczas pracy komutatora (i trzaski w radiu), a dzięki prostowaniu wielofazowemu wydajność znacznie wzrosła i prąd stał się znacznie „gładszy"
"Wojna prądów”, pomiędzy Edisonem a Teslą wspomaganym przez George’a Westinghouse toczona (często niezbyt elegancko) na przełomie XIX i XX wieku zakończyła się zdecydowanym zwycięstwem Tesli dzięki możliwości stosowania transformatorów (kłania się prawo Faraday’a!). Oparte o prąd stały rozwiązanie Edisona znacznie utrudniało transport energii elektrycznej na większe odległości.
Technika jednak się rozwija i dziś budowane są linie przesyłowe wysokiego napięcia prądu stałego (HVDC – High Voltage Direct Current) o długościach nawet kilku tysięcy kilometrów (Chiny – 1980 km, Brazylia – 2500 km). Technologia HVDC jest szczególnie atrakcyjna przy łączeniu systemów energetycznych różnych krajów ponieważ w praktyce likwiduje problemy związane z koniecznością ich synchronizacji. W Polsce działają takie linie (kable podmorskie) pomiędzy Polską i Szwecją oraz Polską i Litwą tworząc zamknięcie tak zwanego pierścienia bałtyckiego.
I znów (jak w samochodach) z pomocą przyszła nowoczesna elektronika (link o szczegółach Przegląd Elektrotechniczny). Stosowanie linii przesyłowych HVDC jest w wielu przypadkach uzasadnione ekonomicznie, pomimo konieczności budowania stacji przekształtnikowych. Korzyści te są szczególnie widoczne w przypadku podłączania do istniejących sieci energetycznych morskich farm wiatrowych.
Jednak do dziś energię elektryczną pozyskujemy najczęściej z przekształcenia energii cieplnej pozostając w dużym stopniu w „świecie pary i elektryczności”. W zasadzie jest obojętne w jaki sposób wytworzymy parę wodną – może to być po prostu spalanie węgla, ropy naftowej, gazu, biomasy, lecz kocioł można skutecznie podgrzać także ciepłem reakcji jądrowych (na razie jeszcze nie syntezy). Dalej wszystko działa po staremu – turbogenerator, sieć przesyłowa aż po gniazdko w ścianie. Jak wykazała praktyka układ działa bezbłędnie, ale ma kilka wad:
• sprawność rzędu 35-45% wynikająca z praw termodynamiki,
• konieczność właściwego postępowania z produktami reakcji (chemicznej lub jądrowej),
• konieczność zagospodarowywania ciepła odpadowego,
• emisja gazów cieplarnianych – dwutlenku węgla przy spalaniu węgla i węglowodorów (również gazu ziemnego!), pary wodnej (spalanie metanu itp.) oraz zanieczyszczeń (ciężkie węglowodory, związki siarki itp.). Chyba już czas zacząć wycofywac się z korzystania ze spalania Mamy przecież źródło darmowej i pewnej energii - nasze Słońce!
Warto również zdać sobie sprawę, że w tego typu elektrowniach korzystamy z naturalnych akumulatorów (paliw kopalnych), które zostały „naładowane” energią słoneczną w procesach przyrodniczych. Takie złoża tworzą się i dziś (a więc się odnawiają), ale jest to proces bardzo powolny i pewnie potrwa dłużej niż nasza cywilizacja.
Powyższych wad nie ma energia słoneczna, która jest nam dostarczana za darmo i to w niewiarygodnych ilościach. Nasz macierzysta gwiazda wypromieniowuje w ciągu sekundy w pełny kąt bryłowy energię ok. 3,9 x 10^26 J. Jest to energia porównywalna z wybuchem 10 miliardów bomb wodorowych o mocy 10 Mt (megaton) każda. Na Ziemię przypada znacznie mniej z uwagi na jej stosunkowo niewielkie rozmiary, ale i tak jest to „drobne” 175 PW (petawatów) i co najważniejsze z gwarancją stałych nieprzerwanych dostaw. Nie uwzględniam tego, że Ziemia obraca się podobnie do prosięcia na rożnie. Dzięki tej energii istnieje życie (fotosynteza), padają deszcze i płyną rzeki, wieją wiatry i huragany itp. A co najważniejsze nie powstają zanieczyszczenia i trudne do usunięcia odpady.
Inżynieria pozwala na snucie marzeń – już w 1937 r. w powieści science fiction „Star Maker” pojawił się pomysł zbudowania sfery otaczającej gwiazdę, która przejmowałaby całą emitowaną przez nią energię. Koncepcję rozwinął w latach sześćdziesiątych Freeman Dyson (sfera Dysona zmieniła się poźniej w „rój Dysona”). Sfera Dysona umożliwiłaby osiągnięcie II poziomu cywilizacji w skali Kardaszowa, w którym cywilizacja ma do swej dyspozycji całą energię swej gwiazdy centralnej. Proszę poszukać w Internecie albo przepytać ChatGPT.
Dzisiejszą naszą cywilizację można określić jako Typ 0. Michio Kaku (marzyciel, fizyk teoretyk i niezły łyżwiarz figurowy) szacuje, że przejście ludzkiej cywilizacji do typu I wykorzystującego wszystkie zasoby energii dostępne na Ziemi nastąpi około 2100 roku. Marzenie o osiągnięciu Typu II to raczej tylko Star Trek… Ale marzyć wolno nie tylko poetom.
Część trzecia wkrótce nastąpi – będzie o informacji (nie o informatyce!).
Nazywam się Tomasz Barbaszewski. Na Świat przyszedłem 76 lat temu wraz z nadejściem wiosny - była to wtedy niedziela. Potem było 25 lat z fizyką (doktorat z teoretycznej), a później drugie tyle z Xeniksem, Uniksem i Linuksem. Dziś jestem emerytem oraz bardzo dużym wdowcem! Nigdy nie korzystałem z MS Windows (tylko popróbowałem) - poważnie!
Poza tym - czwórka dzieci, już szóstka! wnucząt, dwa koty (schroniskowe dachowce), mnóstwo wspaniałych wspomnień i dużo czasu na czytanie i myślenie.
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie
