Atburður á steikjandi heitum sólskinsdegi í Egyptalandi árið 1913 hefði mögulega getað breytt framvindu sögunnar.
Þennan dag opnaði uppfinningamaðurinn Frank Shuman vatnsleiðslur afkastamikils orkuvers sem knúið var af geislum sólar. Slíkt hafði aldrei áður sést.
Stórir, skálformaðir sólskinsgleypar úr stáli og gleri stóðu í löngum röðum og endurskinið frá þeim var svo kröftugt að áhorfendur þurftu að kipra augun.
Þegar Shuman setti orkuverið í gang, heyrðist hávært hvæs frá stórri gufuvél. Gestirnir horfðu opinmynntir á vélina dæla vatni út yfir skraufþurra eyðimörkina – heilum 22 lítrum á mínútu – einungis fyrir afli sólarorkunnar.
Fyrir Frank Shuman var þetta hápunkturinn eftir sjö ára þrotlausa vinnu og hann ætlaði sér að sannfæra umheiminn um að sólarorka væri bæði ódýrari og betri kostur en sú orka sem fékkst með því að brenna kolum og olíu.
„Mannkynið þarf annað hvort að fara að nýta orkuna beint frá sólinni eða snúa aftur á steinaldarstigið,“ varaði hann við.
Samkvæmt útreikningum Shumans hefði mátt uppfylla alla orkuþörf jarðarbúa með því að nýta einungis 1% þeirrar orku sem Saharaeyðimörkin fær frá sólinni.
Og það munaði reyndar sárgrætilega litlu að Shuman tækist þetta ætlunarverk sitt. Hefði honum tekist það liti heimurinn talsvert öðruvísi út á okkar dögum er raun ber vitni.
Hér færðu söguna um hvers vegna sólarorka – þrátt fyrir gífurlega möguleika – varð hinn ákjósanlegi orkugjafi heimsins.
Sólarorkuver Frank Shuman í Egyptalandi vakti mikla athygli og fjölmörg blöð og tímarit skrifuðu um hina miklu möguleika orkuversins. Hér er teikning af sólaorkuverinu frá árinu 1916.
Vildi nýta gróðurhúsaáhrif
Sólarorkuver var reyndar síður en svo fyrsta uppfinning Shumans. Afi hans hafði flust vestur um haf frá Slésvík-Holtsetalandi og sest að í Bandaríkjunum. Árið 1892 hafði Shuman fengið einkaleyfi á stálþráðanetsstyrktu gleri sem kom t.d. í veg fyrir sprungur í stórum þakgluggum.
Uppfinningin varð svo vinsæl að með aðstoð fjárfesta tókst Shuman að koma upp verksmiðju sem framleiddi öryggisgler fyrir Bandaríkin.
Árið 1906 var Shuman orðinn 44 ára og þá orðinn nægilega ríkur til að geta helgað sig uppfinningum eingöngu og fljótlega tók hann að gera tilraunir með sólarorku. Á þessum tíma voru kol helsti orkugjafinn og notuð til að knýja gufuvélar.
„Mannkynið verður að byrja að nýta sér sólarorku eða snúa aftur til villimennsku“.
Frank Shuman í grein um sólarorku sem birtist í tímaritinu Scientific American.
Kolanotkunin var gríðarleg, um 200 milljónir tonna á ári. Mengunin var líka ofboðsleg og til viðbótar kviðu margir þeim degi þegar kolanámurnar tæmdust. Shuman var í þeim hópi og nú sá hann möguleika í nýtingu sólarorkunnar.
Áhugi hans stafaði m.a. af hæfni glerrúðna til að halda hita innibyrgðum, einmitt því sem nú kallast gróðurhúsaáhrif.
Í gróðurhúsi fer stuttbylgjugeislun sólarljóssins óhindrað í gegnum glerið. Jarðvegur og plöntur taka við geisluninni og senda hana til baka á lengri bylgjulengdum sem ekki komast út í gegnum glerið. Þess vegna verður hitinn í gróðurhúsinu hærri en fyrir utan.
Shuman áleit að þetta mætti nota til að fanga orku sólar. Í garði sínum í Tacony, úthverfi Fíladelfíu, gerði hann tilraunir með að nýta afl sólar til að knýja vél.
Í bakgarði sínum í úthverfi Fíladelfíuborgar gerði Frank Shuman tilraunir með sólarorku sem hann lét m.a. knýja dælu.
Fyrsta bandaríska „sólvélin“ var gerð úr trékössum, fóðruðum að innan með vatnsþéttu efni og dagblaðapappír til einangrunar. Að ofan lágu glerplötur ofan á kössunum.
Í sólskini tókst Shuman að hita vatn í þessum kössum upp undir suðumark. Í kössunum kom hann síðan fyrir litlum kötlum með eter, vökva með mun lægra suðumarki og byrjaði því miklu fyrr að gufa upp.
Shuman tengdi slíkan ketil við leikfangagufuvél sem sonur hans átti og hún tók strax við sér. Þannig tókst honum með einföldum ráðum að sýna fram á að hægt væri að umbreyta sólarorkunni í hreyfikraft. Nú var kominn tími til að stækka orkuverið.
Orkuver átti að vera ódýrt
Næsta orkuver Shumans byggðist áfram á kössum, fullum af vatni en nú þöktu þeir 100 fermetra.
Gegnum hitakassana, eins og Shuman nefndi þá, lagði hann pípulögn sem virkaði á sama hátt og katlarnir. Í tilraunakeyrslu tókst honum að knýja fjögurra hestafla gufuvél sem dugði vel fyrir vatnsdælu.
Til að vekja athygli á verkefninu bauð Shuman hverjum sem vildi koma og skoða orkuverið. Hann tók á móti gestum, klæddur jakkafötum og með þverslaufu og sýndi stoltur gufuvélina sem gekk sinn taktfasta gang.
Keppni um að hemja sólarorkuna
Frank Shuman var síður en svo fyrstur til að virkja sólarorku. Uppfinningasemin var mikil en tilraunirnar skiluðu sáralitlu.
Smelltu á mynd til að sjá hana stærri með lýsingu
Smám saman endurbætti hann þetta litla orkuver. Markmið hans var að framleiða vatnsgufu. Etergufan var nefnilega of „létt“ til að knýja stóra gufuvél.
En til þess þurfti hann að ná sextánhundruðfaldri þenslu vatns við uppgufun og til þess þurfti mikinn hita.
Shuman byggði þess vegna enn stærra ver með endurbættum kötlum, aukalagi af gleri og bætti við speglum sem náðu hitanum upp í 120 gráður og orkan dugði fyrir 25 hestafla vél.
En Shuman gerði sér fulla grein fyrir því að hugsjónin ein myndi duga skammt til að fá fjárfesta til að leggja peninga í alvöru sólarorkuver.
„Til að hafa raunhæft notagildi þarf sólarorkuver að skila miklum afköstum, það þarf að vera ódýrt í uppsetningu og viðhaldi, endast vel og má ekki krefjast sérmenntunar vélvirkja,“ skrifaði hann í grein í tímaritinu Scientific American.
Umfram allt átti verið að verða ódýrara til lengdar en kolaorkuver og til þess þurfti að reisa það þar sem sólarhitinn væri mestur. Shuman fór því til Englands 1911 en Englendingar réðu þá mörgum sólríkustu svæðum heims.
Gufa, gas, rafmagn eða blendingur – tilkoma bílsins á 19. öld leiddi til mikillar keppni um hver gæti þróað besta bílinn. Árið 1911 voru þó úrslitin ráðin. Tvær uppfinningar höfðu úrslitaáhrif á það hver færi með sigur af hólmi.
Blómstrandi eyðimörk
Heppnin var með Shuman. Þetta sama ár var breski hershöfðinginn Kitchener lávarður skipaður aðalræðismaður í Egyptalandi en Bretar höfðu haft þar tögl og hagldir síðan 1882.
Kitchener var áhugasamur um að bæta efnahag landsins en til þess þurfti meira vatn.
„Velmegun og vatn haldast í hendur í Egyptalandi,“ sagði hann.
Hugmynd Kitcheners var sú að auka bómullarframleiðsluna en egypsk bómull var þá talin sú besta í heimi. Árið 1900 framleiddu Egyptar næstum 300.000 tonn.
Til ræktunarinnar þurfti mikið vatn, enda gat þurft 25 tonn af vatni á hvern hektara á dag.
Bretar höfðu reynt að dæla vatni með gufuvélum en kolin þurfti að sækja til Wales – í 5.600 km fjarlægð og það hækkaði verðið upp í 40 dollara fyrir hvert tonn af kolum.
Þetta væri unnt að gera miklu ódýrara með sólarorku og Shuman bað um fund með Kitchener sem strax sá góðar framtíðarhorfur í því að nýta sólarorkuna til að dæla vatni.
Stuðningur stjórnvalda breska heimsveldisins varð til þess að fjárfestar seildust í vasa sína og 1912 hófst Shuman handa við að reisa sólarorkuver í Maadi við Níl, skammt sunnan við Kaíró.
Sólfangarar í Maadi-orkuverinu voru gerðir úr stálgrindum sem klæddar voru glerspeglum. Í miðjunni má greina katlakerfið.
Ætlun hans var að byggja samskonar orkuver og hann hafði gert heima í Bandaríkjunum, bara miklu stærra.
Orkuverið átti að knýja 1.000 hestafla gufuvél – 40 sinnum aflmeiri en Shuman hafði áður gert. Í London fengu taugaveiklaðir fjárfestar hins vegar Charles Boys, einn af þekktari eðlisfræðingum þess tíma, til að leggja mat á verkefnið. Og eðlisfræðingnum leist ekki á blikuna.
Í stað kassa taldi hann að sólarorkuna þyrfti að fanga með sveigðum speglum.
Shuman fölnaði við tíðindin. Þessi lausn myndi óhjákvæmilega gera verkið miklum mun dýrara. Til að standa við verðtilboðið neyddist hann til að minnka orkuverið og um leið orkuframleiðsluna mjög mikið, jafnvel talsvert niður fyrir 100 hestöfl.
En mótmæli hans komu fyrir lítið. Á næstu mánuðum risu skálarlaga speglar í löngum röðum í eyðimörkinni og í júní stóð orkuverið tilbúið á 1.200 fermetrum.
Eyðimörkin blómstraði í skini sólarinnar
Með einföldum hætti byggði Frank Shuman upp sólknúið vökvunarver í miðri egypsku eyðimörkinni. Dæligetan náðist hæst upp í 22.712 lítra á mínútu og sýndi ótvírætt fram á möguleika sólarorkuvers.
Eyðimörkin blómstraði í skini sólarinnar
Með einföldum hætti byggði Frank Shuman upp sólknúið vökvunarver í miðri egypsku eyðimörkinni. Dæligetan náðist hæst upp í 22.712 lítra á mínútu og sýndi ótvírætt fram á möguleika sólarorkuvers.
1. Speglar fylgdu sólinni
Skálarlaga speglar voru úr gleri með silfurhúð að aftan. Speglarnir beindu sólargeislunum að katli sem hékk í brennipunktinum. Hver speglarenna var 62,5 metra löng og unnt var að snúa henni þannig að hún næði sólarljósi sem best allan daginn.
2. Katlarnir voru í gleri
Sólin hitaði vatnið í kötlunum sem voru gerðir úr kolsvörtu steypujárni og umluktir gleri. Rétt eins og í gróðurhúsi hélt glerið hitanum inni.
3. Gufuvél
Úr kötlunum streymdi gufan í lágþrýstigufuvél sem afkastaði 50-60 hestöflum. Gufuvélin var tengd túrbínu sem umbreytti orkunni í rafstraum sem aftur knúði dælu með afkastagetu upp á allt að 22.712 lítra á mínútu.
5. Vatnið leitt til baka
Eftir að hafa knúið gufuvélina var gufan þétt aftur í vatn sem síðan var leitt til baka og hitað aftur í sólarorkuverinu.
Stríðið máði út alla drauma
Meðal boðsgesta við opnunina var Kitchener lávarður. Hann varð hrifinn og þegar hann hafði með eigin augum séð 400.000 lítra streyma út yfir akrana á skömmum tíma, bauð hann Shuman að fjármagna fleiri orkuver.
Útreikningar sýndu að kostnaður við sólaorkuverið var sambærilegur við kol sem kostuðu 2,4 dollara tonnið og því aðeins sextándipartur af því sem það kostaði að flytja inn kol frá Wales.
Bretar sáu nú líka fyrir sér gríðarlega möguleika í Súdan, þar sem þeir réðu og land gat hentað vel til bómullarræktunar með nægu vatni.
„Sólarorkan er orðin staðreynd og ekki lengur bara fallegur draumur.“
Frank Shuman í grein í vísindatímariti 1914.
En þýski sendiherrann í Kaíró var líka meðal boðsgesta og Shuman var fljótlega boðið að reisa sólarorkuver í nýlendum Þjóðverja í Afríku.
„Sólarorkan er orðin staðreynd og ekki lengur bara fallegur draumur,“ skrifaði Shuman árið 1914.
Í hrifningarvímunni eftir vel heppnað verkefni reiknaði hann út að 51.800 ferkílómetra orkuver í Sahara gæti fullnægt samanlagðri orkuþörf allra ríkja heimsins.
Slíkir draumar urðu aldrei að veruleika. Í ágúst 1914 hófst fyrri heimsstyrjöldin og þjóðarleiðtogar höfðu nú um annað að hugsa. Shuman var sendur heim og Maadi-verkefnið gefið upp á bátinn.
Sama ár keyptu Bretar meirihluta í Anglo-Persian-olíufélaginu til að nýta þær olíulindir sem nokkrum árum áður höfðu fundist í Persíu (núverandi Íran).
Þegar svo ákveðin stefna var tekin á olíunýtingu, voru allir sólarorkudraumar Shumans úr sögunni – ekki síst vegna þess að stærstu olíulindir heims var einmitt að finna á sólríkustu svæðunum.
Olíuöldina upplifði Shuman þó aldrei. Hann lést í apríl 1918 aðeins 56 ára að aldri.
Það liðu 60 ár áður en menn fóru aftur að feta sig í átt að hugsjónum hans og nú er sólarorka fyrirferðamest allra endurnýjanlegra orkugjafa.
Lestu meira um sólarorku
Frank Kryza: The Power of Light, McGraw-Hill, 2003.
Richard Rhodes: Energy: A Human History, Simon & Schuster, 2018
