Забравеният „слънчев двигател“ от 20-и век

Началото на 20-и век е ерата на въглищата и желязото. Индустрията е мръсна и шумна, бълвайки надлъж и нашир дим от горенето на въглища. Във Филаделфия - едно от най-оживените промишлени места по източното крайбрежие на САЩ - положението вече е нетърпимо. През 1904 г., около 50 години преди въвеждането на Закона за замърсяване на въздуха от 1955 г., управителите на града създават собствени регулации за по-чист въздух, пише BBC.

Те ограничават количеството дим в димоотводите, комините и откритите пространства и наказват с глоби онези, които изпускат дим с "определена степен на тъмнина". В този свят се намесва един американски изобретател, който има простичък план – да улавя топлината от слънцето, така че тя да бъде използвана за задвижването на различни машини.

За да натрупат критична маса на идея като тази са им необходими по повече от век, но в момента може би е дошла повратната точка; по-рано през месеца енергийните анализатори от Ember публикуват доклад, в който прогнозират, че добивът на енергия от изкопаеми горива ще достигне своя пик през тази година.

Технологията, която ще помогне за достигането на тази повратна точка, съзрява през 80-те години, но историята на Франк Шуман, който иска да улови енергията на слънцето, показва, че семената са посети много по-рано.

През 90-те години на 19-и век Шуман изобретява метод за подсилването на стъкло с вградени метални жици. Стъклото е по-устойчиво на огън и също така запазва целостта си при счупване, което намалява вероятността от създаването на остри парчета.

Институции, като училища и затвори, го обожават. Шуман, който започва кариерата си във Вирджиния, след това започва работа във фабриката за метални изделия на чичо си във Филаделфия. Тя отлива статуя на основателя на Пенсилвания Уилям Пен и трябва да намери начин да я галванизира с алуминий, за да я защити от замърсения въздух над кметството. По същото време той основава компания, продавайки патентованото си стъкло Safe-tee Glass.

Галванизацията и подсиленото стъкло са толкова иновативни процеси по онова време, че списание Scientific American публикува статии за всеки от тях в рамките на две седмици през 1892 г. Те също така са достатъчно успешни, че Шуман да напусне работата си и да се фокусира изцяло върху своите изобретения. Той отдавна се вълнува от концепцията за използването на природните сили за създаването на електричество.

Благодарение на богатството от своето обезопасено стъкло, Шуман разполага с време да експериментира и през 1906 г. започва да работи от дома си в предградие на Филаделфия, като целта му е да създаде двигател, задвижван от слънчевите лъчи. Той монтира рефлектори върху въртящи се оси, така че да могат да следват пътят на слънцето през деня. Слънчевите лъчи са насочвани към съд с вода, държан във вакуум с цел понижаване на точката на кипене, който пък е свързан с парен двигател с ниско налягане.

До 1910 г. Шуман усъвършенства концепцията си дотолкова, че може да управлява малък влак играчка с изпарен етер и възхвалява ползите от тази чиста форма на енергия пред всеки, който искал да го изслуша.

Докато Шуман работи по своя "Слънчев двигател", друг щатски изобретател – Обри Енеас, създава през 1906 г. огромен метален слънчев двигател, който разполага с близо 1 800 огледала и е с широчина 10 м, за ферма за щрауси в Калифорния. Устройството работи, задвижвайки помпа за напояване на земята, но в крайна сметка, то е прекалено скъпо и тромаво, за да се произвежда масово.

Новината за проекта на Шуман достига до Египет, която тогава е под военна окупация от страна на Британската империя. Страната разполага с огромни памукови полета, но напояването им на ръка е трудоемък процес, а използването на двигатели на въглища не е рентабилно.

"Шуман ухажвал британски капиталисти да инвестират в неговото соларно изобретение като начин за намаляване на разходите за въглища", пише авторът Кристофър Доърти в онлайн изданието Hidden City.

През 1913 г. Шуман пътува до Египет, за да демонстрира своята технология. Коритообразни огледала концентрират слънчевата светлина в чугунени котли. Загрятата до около 93 градуса вода в бойлерите се превръща в пара с ниско налягане, която задвижва специално проектиран двигател с мощност 75 конски сили. И сякаш магически, използвайки единствено слънчевата светлина, двигателят изпомпва хиляди галони (1 галон = 3.78 литра) вода от Нил. Сред зрителите на демонстрацията е и лорд Кичънър - британският военен лидер, който поставя Судан под контрола на Британската империя в края на 19-и век.

Според Кристофър Доърти, лорд Кичънър възприел това изобретение като неразделна част от неговата програма за инфраструктурното развитие на Египет и предложил на Шуман памукова плантация с площ от 30 000 акра (121 кв. км) в Судан, за да възпроизведе двигателя.

Скоро след това обаче изобретението на Шуман понася двоен удар – настъпването на Първата световна война и откриването на евтин петрол в Близкия изток и на други места.

Дизайнът на Шуман може би не е достатъчно усъвършенстван за масова употреба. Двигателят не се радва на по-голяма популярност, но в техническо отношение системата била донякъде сложна и това вероятно възпрепятствало използването ѝ”, каза Доърти.

Въпреки това Шуман има далновидна преценка за това как голям брой подобни "слънчеви двигатели" биха могли да заменят мръсното гориво. Още през 1911 г. в публикация в Scientific American той предсказва огромните соларни паркове, които виждаме днес.

"За да може да се осъществи една слънчева електроцентрала, тя трябва да притежава първо висока ефективност, ниска цена на монтаж и поддръжка, добре отбелязан период на функциониране и не трябва да изисква специално обучени механици, за да работи”, пише в публикацията.

Напълно осъществимо е по този начин да се създаде слънчева електроцентрала до 10 000 конски сили и повече. Идеалната централа трябва да претърпява малки инциденти, следователно трябва да бъде монтирана близо до земята, за да не бъде засягана от бури и ветрове. Всяка единица от нея трябва да бъде пооправима, без да се спира цялата дейност", допълва Шуман в статията.

Той умира през 1919 г., а за възобновяването на идеите му са необходими 50 години, след като сътресенията от Петролната криза през 1973 г. слагат край на ерата на евтиния петрол. Малко повече от десетилетие по-късно първата пълномащабна централа за слънчева енергия Solar Energy Generating Systems (Segs) е открита в пустинята Мохаве в Калифорния.

Segs, в крайна сметка, е оборудвана с над 936 000 огледала (или "колектори") отразяващи слънчевата светлина с между 70 и 80 пъти естествения ѝ интензитет, вследствие на което врящо синтетично масло задвижва създаваща електричество турбина. Макар по-голяма част от оригиналната Segs да е подменена с фотоволтаични панели, в пика си съоръжението е можело да генерира достатъчно електроенергия за захранването на над 230 000 жилища. През 2013 г. двама швейцарски творци пресъздават част от мащабния дизайн на Шуман като част от арт инсталация в Египет.

Освен части от неговия слънчев двигател от 1913 г., в нея е включен и негов цитат от 1914 г.: "Нещото, в което съм сигурен, е, че човешката раса трябва най-накрая да използва пряката слънчева енергия или да се върне към варварството". Повече от век след експериментите на Шуман светът изглежда най-накрая наваксва с чистите слънчеви двигатели.

Всъщност, Египет откри четвъртата най-голяма слънчева електроцентрала в света на около 40 км северозападно от язовир Асуан. Соларният парк Бенбан е с площ от над 37 кв. км и е толкова голям, че може да се види от Космоса – подходящо голямо свидетелство за визията на Шуман.

One thing I feel sure of, and that is that the human race must finally utilize direct sun power or revert to barbarism.– Frank Shuman 1914
Shuman built the world’s first solar thermal power station in Maadi, Egypt (1912-1913). pic.twitter.com/OoYSRMJlHq

— Holger Schoenherr (@HolgerSchoenher) December 9, 2017