Επιστήμη

Το τεχνητό φύλλο βοηθά τους ερευνητές να μετατρέψουν τα φωτόνια σε καύσιμα

Το τεχνητό φύλλο βοηθά τους ερευνητές να μετατρέψουν τα φωτόνια σε καύσιμα


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Έξω από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, φυτά και λουλούδια απλώνουν τα φύλλα τους και στέλνουν τις ρίζες τους βαθύτερα στο έδαφος. Χρησιμοποιούν ενέργεια για να αποθηκεύουν σάκχαρα και σε αυτά, η φωτοσύνθεση έρχεται εύκολα. Εν τω μεταξύ, στο εργαστήριο Caltech Jorgensen, 80 συν ερευνητές καταβάλλουν μεγάλη προσπάθεια σε ένα τεχνητό φύλλο και κάνουν αυτό που κάνουν τα φύλλα των φυτών εύκολα. Το κάνουν αυτό χρησιμοποιώντας νικέλιο, σίδερο, πυρίτιο και πολλά άλλα υλικά που συνήθως θα συσχετίσατε με τη χρήση σε κινητά τηλέφωνα από ό, τι θα κάνατε με φυτικά κύτταρα.

[Πηγή εικόνας:Βίκτορ Κοέν]

Τα εργαστήρια φιλοξενούν το Κοινό Κέντρο Τεχνητής Φωτοσύνθεσης. Πρόκειται για ένα ερευνητικό πρόγραμμα με συμμετοχή περισσότερων από 190 ατόμων, το οποίο έχει χρηματοδότηση για τη μερίδα 116 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ για περίοδο 5 χρονια από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ. Ο στόχος του κέντρου και των ερευνητών είναι να κάνουν χρήση του ηλιακού φωτός και να κάνουν υδρογόνο μαζί με άλλα καύσιμα πολύ πιο αποτελεσματικά που αφήνουν στη φύση βιομάζα.

Οι ερευνητές επιτυγχάνουν αυτόν τον στόχο με την αίσθηση του επείγοντος. Περίπου 13% των εκπομπών σε όλο τον κόσμο το αέριο του θερμοκηπίου έρχεται μέσω μεταφοράς. Ένας από τους βασικούς στόχους είναι επομένως η σταδιακή κατάργηση των ρυπογόνων καυσίμων. Ένας τρόπος για να γίνει αυτό θα ήταν να αντικαταστήσετε ελαφρά φορτηγά και αυτοκίνητα με οχήματα που λειτουργούν με ηλεκτρικό ρεύμα που προέρχεται από αιολικά ή ηλιακά κύτταρα. Ωστόσο, αυτό δεν θα ήταν αρκετό για την αντιμετώπιση ολόκληρου του προβλήματος. Ο επιστημονικός διευθυντής της JCAPs και ανόργανος χημικός στο Πανεπιστήμιο Caltech, Nathan Lewis, το είπε περίπου 40% της παγκόσμιας μεταφοράς δεν θα μπορούσε να γίνει με ηλεκτρική ενέργεια. Συνήθως οφείλεται στο γεγονός ότι ορισμένα οχήματα, όπως αεροπλάνα, δεν μπορούσαν να συνδεθούν, καθώς δεν θα μπορούσαν να συγκρατήσουν την απαιτούμενη ποσότητα μπαταριών.

Λόγω αυτής της χρηματοδότησης, οι οργανισμοί από όλο τον κόσμο χρησιμοποιούν πολλούς πόρους για να προσπαθήσουν να κάνουν καύσιμα από τη δύναμη του ήλιου. Αυτός ο τύπος ισχύος δεν πρόκειται να εξαντληθεί και είναι άνθρακα, που είναι μπόνους. Η JCAP δεσμεύτηκε να παραδώσει ένα πρωτότυπο που λειτουργεί με ένα τεχνητό φύλλο πριν από τη λήξη της επιχορήγησης το 2015.

Ο Michael Wasielewski, χημικός στο Πανεπιστήμιο Northwestern στο Evanston, Illinois είπε, «Αν μπορούσατε να διατηρήσετε αυτόν τον τύπο προσπάθειας για τα επόμενα δέκα χρόνια, είναι πιθανό να έχετε μια πρακτική λύση.

Η τεχνητή φωτοσύνθεση δεν είναι κάτι καινούργιο, στην πραγματικότητα πηγαίνει πίσω 1912, ωστόσο, οι ερευνητές δεν άρχισαν να ωθούν τα πράγματα μέχρι τις αρχές του 1972. Ήταν ερευνητές στην Ιαπωνία που περιέγραψαν τι θα χρειαζόταν για να μπορεί μια συσκευή να παίρνει το φως του ήλιου και στη συνέχεια να χρησιμοποιεί το φως του ήλιου έτσι ώστε να μπορεί να χωρίσει το νερό σε οξυγόνο μαζί με το καύσιμο υδρογόνου.

Ήταν μέσα 1998 όταν ένα πλήρες σύστημα έδειξε μια σημαντική ανακάλυψη και πρόοδο. Αυτό ήταν όταν μπόρεσε να αποθηκεύσει 12% της ηλιακής ενέργειας που εισήλθε, ως καύσιμο. Αυτό ήταν σε σύγκριση με το 1% ενέργειας που αποθηκεύεται σε πραγματικά φύλλα ως βιομάζα. Το μειονέκτημα ήταν το κόστος που ήταν πάρα πολύ για να είναι ανταγωνιστικό. Μαζί με αυτό ειπώθηκε ότι η απόδοση έπεσε μετά τον ήλιο 20 ώρες.

Ο Lewis επεσήμανε ότι για να είναι επιτυχημένο ένα τεχνητό φύλλο χρειάστηκαν τρία πράγματα. «Θέλετε να είναι αποτελεσματικό, φθηνό και στιβαρό. Μπορώ να σας δώσω δύο σήμερα, αλλά όχι το τρίτο ταυτόχρονα.”

Ο στόχος της JCAP ήταν να ξεπεράσει αυτό το ζήτημα και μαζί με αυτό, να δημιουργήσει ένα σύστημα που ήταν πολύ φθηνότερο από το διαχωρισμό νερού με ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιώντας ηλιακούς συλλέκτες. Η απάντησή τους ήταν δύο ηλεκτρόδια τα οποία βύθισαν σε ένα διάλυμα υδατικού. Κάθε ένα από αυτά τα ηλεκτρόδια έχει υλικό ημιαγωγών που επιλέχθηκε για να συλλαμβάνει φως από ένα μέρος του ηλιακού φάσματος μαζί με την επικάλυψη με καταλύτη έτσι ώστε να βοηθά την παραγωγή οξυγόνου ή υδρογόνου σε ταχύτητες που ήταν χρήσιμες. Ακριβώς όπως και με οποιαδήποτε συσκευή τεχνητής φωτοσύνθεσης, το σύστημα με το οποίο δημιουργήθηκε το JCAP διαιρέθηκε από μια μεμβράνη για να βεβαιωθεί ότι τα αέρια που προκύπτουν διατηρούνται χωριστά και δεν αποτελούν κίνδυνο πρόκλησης εκρηκτικής αντίδρασης.

Ο Lewis εξήγησε ότι η κατασκευή οποιουδήποτε από τα συστατικά του τεχνητού φύλλου ήταν μεγάλη πρόκληση. Αυτός είπε "Αυτό μοιάζει ακριβώς με την κατασκευή αεροπλάνουΠρέπει να μην έχετε μόνο έναν κινητήρα, πρέπει να έχετε ένα σχέδιο με φτερά και την άτρακτο και τον κινητήρα και τα αεροηλεκτρονικά - και το αεροπλάνο, στο τέλος, πρέπει να πετάξει.”

Το να βρεις τα σωστά υλικά ήταν ένα από τα πιο δύσκολα πράγματα που έπρεπε να κάνουν. Το εργαστήριο High Throughput Experimentation του JCAP έχει αναλάβει την αποστολή ζητημάτων με υλικά. Έχουν τροποποιήσει εκτυπωτές inkjet για να στείλουν κράματα σε γυάλινες πλάκες, τις οποίες στη συνέχεια δοκιμάζουν ως απορροφητές φωτογραφιών και καταλύτες. Οι τροποποιημένοι εκτυπωτές μπορούν να παράγουν όσα περισσότερα ένα εκατομμύριο κηλίδες ανά ημέρα.

Ο Λιούις είπε ότι «Η μεγαλύτερη πηγή ενέργειας που έχουμε μακράν είναι ο Ήλιος.Ο καλύτερος τρόπος αποθήκευσης ενέργειας εκτός από τον πυρήνα ενός ατόμου είναι με χημικά καύσιμα. Είναι αναπόφευκτο κάποιος να πάρει τη μεγαλύτερη πηγή και να την αποθηκεύσει με τον πιο πυκνό τρόπο.”


Δες το βίντεο: Το πείραμα των δύο σχισμών (Δεκέμβριος 2022).