Άφθονη Ενέργεια από Ηλιακούς Δίσκους.

6 Νοεμβρίου 1973, Σκαραμαγκάς. Ο 48χρονος μηχανικός Ιωάννης Σακκάς, είναι έτοιμος να δώσει «σάρκα και οστά» στο περίφημο «Ηλιακό κάτοπτρο» του μεγάλου αρχαίου Έλληνα φυσικού, μηχανικού και εφευρέτη, Αρχιμήδη.

Το ηλιακό κάτοπτρο, ήταν στην πραγματικότητα πολλά κάτοπτρα μαζί, μέσω των οποίων συσσωρεύονταν ηλιακή ενέργεια, η οποία μετατρέπονταν σε μια δέσμη πολύ μεγάλης θερμότητας και κατόπιν κατευθύνονταν σε κάποιον στόχο, προκαλώντας πυρκαγιά. Η κατασκευή αυτή χρησιμοποιήθηκε αρχικά για την για την καύση των Ρωμαϊκών εχθρικών πλοίων.

Παρ’ ότι υπήρχαν ιστορικές αναφορές στον μηχανισμό, όπως των Πλούταρχου, Λουκιανού, Γαληνού, Ευστάθιου, Ανθέμιου, Δίωνα του Κάσιου, Τζέτζη και του Μιχαήλ Ψελλού, αλλά και μαρτυρίες για την χρήση αυτού του όπλου σε μια απ’ τις πολιορκίες της Κωνσταντινούπολης, η ύπαρξη αυτού του μηχανισμού αμφισβητήθηκε από πολλούς, με πρώτον τον Καρτέσιο (René Descartes) και θεωρήθηκε ως ένας μύθος.

Το ότι ο Αρχιμήδης είχε πράγματι ανακαλύψει τις ιδιότητες των κατόπτρων αποδεικνύεται από το βιβλίο του Γερμανού καθηγητή Χοπ «Ιστορία της Φυσικής», όπου αναφέρεται ότι το 1492 στη Βενετία ο Έλληνας καθηγητής Γεώργιος Βάλλας είχε στη βιβλιοθήκη του το βιβλίο του Αρχιμήδη «Κατοπτρικά», που όμως αργότερα χάθηκε (εκλάπη). Εάν, λοιπόν, ο Αρχιμήδης δεν είχε ολοκληρωμένη άποψη για τα κάτοπτρα και δεν ήταν σίγουρος για τις πρακτικές τους εφαρμογές, ουδέποτε θα έγραφε σχετικό σύγγραμμα.

Μεταγενέστεροι ερευνητές προσπάθησαν να πραγματοποιήσουν το πείραμα, χρησιμοποιώντας υλικά γνωστά στην εποχή του Αρχιμήδη, αλλά απέτυχαν, ή πέτυχαν εν μέρει.

Γραφική παράσταση του ηλιακού κατόπτου

Υπήρχαν διάφορες εικασίες για το πως μπορεί να ήταν το κάτοπτρο του Αρχιμήδη. Ο αρχαίος μαθηματικός και αρχιτέκτονας Ανθέμιος, υπέθεσε ότι ήταν ένας μεγάλος εξαγωνικός καθρέφτης. Ο Σακκάς αρχικά υπέθεσε κι αυτός ότι θα επρόκειτο για έναν μεγάλο κυρτό καθρέφτη. Λαμβάνοντας όμως υπ’ όψιν τα δεδομένα της τότε εποχής, όπως τεχνολογική αδυναμία παραγωγής ενός γυάλινου γιγαντιαίου καθρέφτη, αναθεωρεί. Εκτός αυτού, όπως κι ίδιος είπε, «θα πρέπει να υποθέσουμε ότι οι Ρωμαίοι δεν ήταν τυφλοί για να μείνουν άπραγοι αντικρίζοντας έναν τεράστιο καθρέφτη, τοποθετημένο στα τείχη της πόλης που πολιορκούσαν».

Η επόμενη σκέψη που έκανε, ήταν αρκετά…προχωρημένη. Υπέθεσε ότι ο Αρχιμήδης θα είχε προχωρήσει σε έναν πιο ευέλικτο τρόπο δημιουργίας ενός τεράστιου κατόπτρου, το οποίο θα απαρτίζονταν από άλλα μικρότερα. Δεδομένης της αδυναμίας που αναφέρθηκε πιο πάνω για μαζική παραγωγή γυάλινων κατόπτρων, ο Σακκάς προχώρησε στο συμπέρασμα, πως το περίφημο κάτοπτρο του Αρχιμήδη, απαρτίζονταν στην πραγματικότητα από τις ασπίδες των στρατιωτών που ήταν οχυρωμένοι στα τείχη, ή εν πάσι περιπτώσει από χάλκινα κάτοπτρα που κρατούσαν οι στρατιώτες. Όπως είπε, «Ο Αρχιμήδης, πιθανότατα καθοδηγούσε την παράταξη των στρατιωτών, έτσι ώστε η συνολική τους διάταξη να δημιουργεί κάτοπτρα για να μπορούν να συγκεντρώσουν τις αχτίνες του ήλιου σε ένα σημείο και να τις μετατρέψουν σε δέσμη θερμότητας. Έτσι οι Ρωμαίοι δεν μπορούσαν να αντιληφθούν, τουλάχιστον άμεσα, τι είναι αυτό που τους καίει».

Ο Ιωάννης Σακκάς με την βοήθεια του ιστορικού Ευάγγελου Σταμάτη κι ενώπιον αντιπροσώπων ξένων και ελληνικών Μ.Μ.Ε, έστησε και χρησιμοποίησε συνολικά 70 επίπεδα κάτοπτρα, διαμέτρου 0,70-1,7, τα οποία ήταν επιχαλκωμένα. Ο στόχος ήταν ένα ξύλινο πλοιάριο σε απόσταση 100 περίπου μέτρων. Στο πλοιάριο υπήρχε κι ένα ομοίωμα Ρωμαίου στρατιώτη.

Ο Σακκάς άρχισε να κατευθύνει τα κάτοπτρα, έτσι ώστε να έρθουν σε ιδανική θέση για την συγκέντρωση των αχτίνων. Στην αρχή, οι βοηθοί του αντιμετώπισαν πρόβλημα με την εστίαση των κατόπτρων. Έπειτα όμως από επίμονες προσπάθειες, ήρθε και το προσδοκώμενο αποτέλεσμα: Το πλοιάριο άρχιζε να καπνίζει σε 2-3 δευτερόλεπτα μετά την επιτυχή εστίαση και γρήγορα τυλίχτηκε στις φλόγες.

Ο Σακκάς απαντώντας σε ερώτηση, είπε πως σίγουρα οι στρατιώτες υπό την καθοδήγηση του Αρχιμήδη, θα τα κατάφερναν πιο γρήγορα και εύκολα, καθώς είχαν και το συγκριτικό πλεονέκτημα του καλύτερου οπτικού πεδίου και καλύτερης οπτικής γωνίας.

Η επιτυχία του πειράματος έγινε γνωστή στον επιστημονικό κόσμο και υπήρξαν πολλές δημοσιεύσεις στον ευρωπαϊκό και αμερικανικό τύπο, όπως στην εφημερίδα «Times», το περιοδικό «Time» κ.α., όπου εξυμνούνταν ο μεγάλος επιστήμονας Αρχιμήδης.

Το 2005, αλλά κι αργότερα, το 2006 η αποτελεσματικότητα του ηλιακού κατόπτρου αμφισβητήθηκε και πάλι, όταν φοιτητές του ΜΙΤ (Massachusetts Institute of Technology), για λογαριασμό της τηλεοπτικής αμερικανικής εκπομπής «MythBusters», στο Σαν Φραντζίσκο, δεν κατάφεραν να έχουν ολοκληρωμένα αποτελέσματα.

Το πείραμα όμως αυτό κατηγορήθηκε ότι ήταν κατά κάποιον τρόπο «στημένο» για τις ανάγκες της εκπομπής, η οποία έσπευσε να κατατάξει το κάτοπτρο του Αρχιμήδη στους «Μύθους».
Η ομάδα που έκανε το πείραμα, προσπάθησε μάλιστα να υποβαθμίσει το επιτυχημένο πείραμα του Σακκά, λέγοντας ψευδώς, πως αυτός είχε χρησιμοποιήσει γυάλινα κάτοπτρα.

«Ανήκει στη φαντασία του Λουκιανού η καύση των ρωμαϊκών πλοίων από τον Αρχιμήδη, κατά την πολιορκία των Συρακουσών το -212, με τη χρησιμοποίηση κοίλων κατόπτρων», ανάφεραν σε άρθρο τους οι φυσικοί του πανεπιστημίου του αγίου Φραγκίσκου Άλλαν Μιλς και Ρόμπερτ Κριφτ και προσπάθησαν να τα στηρίξουν με το επιχείρημα ότι, ο Αρχιμήδης θα χρειάζονταν κάτοπτρο 420 τετραγωνικών μέτρων και απόσταση 50 μέτρων. Αλλά κι αν ακόμη προκαλούσε ανάφλεξη, αυτή θα ήταν βραδύτατη και «θα μπορούσαν να τη σβήσουν τα πληρώματα των πλοίων μ’ έναν κουβά νερό»!

Αποστομωτική απάντηση όμως δόθηκε από τον Stephen R. Wilk, ειδικό οπτικό ερευνητή, στο άρθρο του «Archimedes’ Solar Weapon» στο περιοδικό «THE SPECTROGRAPH» (τ. 21, Άνοιξη 2005, του Massachusetts Institute of Technology, σ. 3-4, http://web.mit.edu/spectroscopy/pdf/news_v21_n2.pdf), ο οποίος απέδειξε ότι στην πραγματικότητα, το πείραμα δεν έγινε και τόσο…«δίκαια».

Σε παραπλήσιο πείραμα που έγινε στην εκπομπή του BBC, «James May’s Big Ideas», χρησιμοποιήθηκε ένα γιγαντιαίο κάτοπτρο το οποίο απαρτίζονταν από μικρότερα γυάλινα κάτοπτρα. Ο στόχος δεν ήταν πλέον ξύλινος, αλλά μεταλλικός. Το αποτελέσματα όπως βλέπετε και στο βίντεο ήταν εντυπωσιακά.

πηγές:
minimalist-minimalist.blogspot.com
web.mit.edu/spectroscopy/pdf/news_v21_n2.pdf

Αμερικανοί επιστήμονες υποστηρίζουν πως κατάφεραν να αξιοποιήσουν την επινόηση του Αρχιμήδη

απο την καθημερινή

Υποτίθεται ότι ο Αρχιμήδης ήταν ο πρώτος άνθρωπος στην ιστορία που σκέφτηκε ότι θα μπορούσε να πυρπολήσει τα εχθρικά πλοία χρησιμοποιώντας δεκάδες χάλκινες ασπίδες, οι οποίες θα εστίαζαν τις ακτίνες του Ηλιου πάνω τους. Ομως, περίπου 2.500 χρόνια αργότερα, Αμερικανοί επιστήμονες υποστηρίζουν πως κατάφεραν να αξιοποιήσουν την ίδια επινόηση για πιο ειρηνικούς σκοπούς: αντικαθιστώντας τις… ασπίδες του Αρχιμήδη με ένα τεράστιο μεταλλικό δίσκο που εστιάζει τις ηλιακές δέσμες σε μία πυρίμαχη συσκευή λίγα μέτρα μπροστά του, η τεράστια θερμοκρασία που αναπτύσσεται στο εσωτερικό της συσκευής χρησιμοποιείται για να θερμάνει αέριο υδρογόνο το οποίο, στη συνέχεια, θέτει σε κίνηση μία γεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ετσι λειτουργούν οι «ηλιακοί δίσκοι SunCatcher», όπως ονόμασαν τις εν λόγω συσκευές οι Tessera Solar και Stirling Energy Systems, οι δύο εταιρείες οι οποίες τελειοποίησαν στις ΗΠΑ τη συγκεκριμένη τεχνολογία με σκοπό την παραγωγή ρεύματος από την ηλιακή ενέργεια. Κάθε SunCatcher θυμίζει ουσιαστικά ένα τεράστιο δορυφορικό «πιάτο», με διάμετρο 12 και ύψος 13 μέτρα αντίστοιχα, το οποίο περιστρέφεται καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας ώστε να παρακολουθεί την κίνηση του Ηλιου. Και με αυτό τον τρόπο καταφέρνει να εξασφαλίζει άφθονη ενέργεια για το ηλεκτρικό δίκτυο, χωρίς την παραμικρή εκπομπή αερίων του θερμοκηπίου.

Συνολική ισχύς 1.600 MW

Η μόνη προϋπόθεση είναι ότι οι εν λόγω συσκευές θα πρέπει να λειτουργούν σε περιοχές με έντονη ηλιοφάνεια, γι' αυτό και τα δύο μεγάλα ηλιακά πάρκα που σχεδιάζουν οι εταιρείες, τα Solar 1 και 2, θα βρίσκονται στην έρημο Μοχάβε και την Κοιλάδα Imperial στη Νότια Καλιφόρνια. Τα προγράμματα αυτά έχουν ήδη πάρει την προκαταρκτική έγκριση από τις αρμόδιες αρχές, ενώ εκτιμάται πως θα ξεκινήσουν να κατασκευάζονται μέσα στο 2010, μόλις ολοκληρωθεί η αδειοδοτική διαδικασία. Στην πλήρη μορφή τους, οι δύο εγκαταστάσεις θα έχουν συνολική ισχύ 1.600 MW και θα καταλαμβάνουν έκταση 56 τετρ. χιλιομέτρων, αποτελούμενες συνολικά ούτε λίγο ούτε πολύ από 64.000 μονάδες. Αριθμός που θα εξασφαλίσει ότι τα Solar 1 και 2 θα μπορούν να καλύψουν τις ενεργειακές ανάγκες περισσότερων από 1.000.000 νοικοκυριών, απαλλάσσοντας με αυτό τον τρόπο την ατμόσφαιρα από χιλιάδες τόνους διοξειδίου του άνθρακα.

Παρόλο που οι SunCatcher αποτελούν τους πρώτους «ηλιακούς δίσκους» στον κόσμο που θα χρησιμοποιηθούν εμπορικά, οι Tessera Solar και Stirling Energy Systems δεν είναι οι μόνες εταιρείες οι οποίες ασχολούνται με την ανάπτυξη αντίστοιχων μονάδων· η επίσης αμερικανική Infinia, για παράδειγμα, μέσα σε λίγους μήνες αναμένεται να ολοκληρώσει το δικό της πρωτότυπο μοντέλο, ισχύος 3 kW. Αλλωστε, καθώς η μέθοδος με την οποία αξιοποιείται το υπέρθερμο υδρογόνο για να λειτουργήσει η ηλεκτρογεννήτρια έχει εφευρεθεί εδώ και δύο περίπου αιώνες -και είναι γνωστή ως «τεχνολογία Stirling»- πολλοί επιστήμονες είχαν σκεφτεί ήδη από τα τέλη της δεκαετίας του '70 να χρησιμοποιήσουν τις ακτίνες του ήλιου για την παραγωγή ρεύματος.

Ωστόσο, η κατασκευή των δίσκων που θα συγκέντρωναν τις ηλιακές δέσμες αποδείχθηκε στην πράξη πιο δύσκολη απ' ό,τι αναμενόταν αρχικά. Τη στιγμή που κάθε τέτοιο «πιάτο» αποτελούνταν από δεκάδες επιμέρους κάτοπτρα, ήταν δύσκολο να βρεθεί ένας τρόπος ώστε αυτά να παραμένουν ευθυγραμμισμένα καθώς περιστρεφόταν ολόκληρη η μονάδα για να ακολουθήσει την κίνηση του ήλιου - ή όταν στην περιοχή έπνεαν δυνατοί άνεμοι. Επίσης, ο μηχανισμός στήριξης και κίνησης της μονάδας ανέβαζε κατά πολύ το κόστος κατασκευής της, ειδικά σε μία εποχή όπου η παροχή ηλεκτρισμού από ορυκτά καύσιμα ήταν πολύ φθηνή.

Ρεκόρ απόδοσης

Σήμερα, όμως, τα δεδομένα έχουν αλλάξει ακόμη και για τις ΗΠΑ. Ετσι κι αλλιώς, οι ιδιωτικές εταιρείες ηλεκτροδότησης που θα αγοράζουν ρεύμα από τα Solar 1 και 2 υποχρεώνονται από την πολιτεία της Καλιφόρνιας να καλύπτουν από το 2010 το 20% της παραγωγής τους από ΑΠΕ. Επίσης, οι SunCatcher λειτουργούν πιο αξιόπιστα από τα προγενέστερα μοντέλα: ο δίσκος τους αποτελείται από 40 μόλις κάτοπτρα ώστε να είναι πιο σταθερός, ενώ ειδικό λογισμικό ελέγχει ανά δέκα λεπτά τη θέση τους, με σκοπό να διορθώνει οποιαδήποτε παραμόρφωση.

Αυτό σημαίνει πως, εκτός από πιο αξιόπιστοι, οι «ηλιακοί δίσκοι» που θα εγκατασταθούν στα Solar 1 και 2 μπορούν να εστιάζουν τις ηλιακές δέσμες σε πρωτόγνωρο βαθμό· σε κάθε SunCatcher, η «συμπυκνωμένη» ηλιακή ακτινοβολία που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του υδρογόνου είναι 1.300 φορές ισχυρότερη από τη μέση ακτινοβολία που δέχεται κάθε άλλη επιφάνεια στον πλανήτη. Γεγονός στο οποίο οι συγκεκριμένες μονάδες χρωστούν το ότι εδώ και ένα χρόνο κατέχουν το ρεκόρ πιο αποδοτικής μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό, με ποσοστό 31,25% - τη στιγμή που τα καλύτερα φωτοβολταϊκά συστήματα δεν ξεπερνούν το 15-20%.

Χαμηλό το κόστος

Χάρις στη σχεδίασή τους τα κάτοπτρα θα κατασκευάζονται κατά χιλιάδες, στις ίδιες βιομηχανίες όπου παράγονται τα καπό των αυτοκινήτων, ενώ κάθε μονάδα στο σύνολό της θα αποτελείται από ελάχιστα εξαρτήματα. Προδιαγραφές που όχι μόνο μειώνουν το κόστος, αλλά περιορίζουν την επιβάρυνση του περιβάλλοντος κατά την εγκατάστασή τους, αφού δεν θα χρειαστούν μεγάλες εκσκαφές ώστε να στηριχθούν στο έδαφος. Ούτε όμως θα απαιτηθούν και εκτεταμένες χωματουργικές εργασίες, έτσι ώστε όλες οι μονάδες να τοποθετηθούν στο ίδιο ύψος, αφού κάθε επιμέρους δίσκος λειτουργεί ανεξάρτητα από τους υπόλοιπους. Τα πάρκα δεν θα επιβαρύνουν σημαντικά τα τοπικά οικοσυστήματα, αφού το μόνο που θα χρειάζονται κατά τη λειτουργία τους είναι νερό για να καθαρίζονται τα κάτοπτρα από τη σκόνη…

Δημιουργούνται θέσεις εργασίας εν μέσω κρίσης

Πριν ακόμη ξεκινήσουν να εγκαθίστανται οι πρώτοι «ηλιακοί δίσκοι» SunCatcher στα Solar 1 και 2, ήδη στις 22 Ιανουαρίου εγκαινιάστηκε ένα ανάλογο πάρκο από 60 μονάδες στο Φοίνιξ, ισχύος 1,5 MW - το πρώτο πάρκο στον κόσμο που βασίζεται στη συγκεκριμένη τεχνολογία.

Επίσης, κι άλλες πολιτείες, όπως το Τέξας, δρομολογούν τη δημιουργία ανάλογων συστημάτων από εκατοντάδες «ηλιακούς δίσκους». Αλλωστε, πέρα από το προφανές περιβαλλοντικό όφελος από τη μαζική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από μία ανανεώσιμη πηγή όπως ο Ηλιος, οι εγκαταστάσεις αυτές έχουν το επιπλέον πλεονέκτημα ότι δημιουργούν νέες θέσεις εργασίας, μέσα σε μία εποχή έντονης οικονομικής κρίσης. Ετσι, μόνο στην κατασκευή των 64.000 SunCatcher που θα χρειαστούν για τα Solar 1 και 2, υπολογίζεται πως θα απασχοληθούν περισσότεροι από 600 εξειδικευμένοι εργάτες, ενώ για τη λειτουργία και τη συντήρηση των δύο εγκαταστάσεων θα χρειαστούν περίπου 250 υπάλληλοι ως μόνιμο προσωπικό.

Στοιχεία που κάνουν τις δύο εταιρείες να ελπίζουν πως ανάλογοι «ηλιακοί δίσκοι» θα εγκατασταθούν στο μέλλον όχι μόνο στις ΗΠΑ, αλλά και σε άλλες χώρες όπου οι καιρικές συνθήκες είναι παρόμοιες με αυτές στην έρημο Μοχάβε.

Προς το παρόν, πάντως, δίνουν προτεραιότητα στη Νότια Καλιφόρνια, γνωρίζοντας πως η επιτυχημένη λειτουργία των πάρκων θα αποτελέσει την καλύτερη διαφήμιση για την τεχνολογία.