Nauka

Sztuczny liść pomaga naukowcom w przekształcaniu fotonów w paliwo

Sztuczny liść pomaga naukowcom w przekształcaniu fotonów w paliwo


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.

Poza California Institute of Technology rośliny i kwiaty rozpościerają liście i wbijają korzenie głębiej w ziemię. Używają energii do magazynowania cukrów, a fotosynteza jest dla nich łatwa. W międzyczasie w laboratorium Caltech Jorgensen ponad 80 naukowców wkłada wiele wysiłku w sztuczny liść i robi to, co robią liście roślin. Robią to przy użyciu niklu, żelaza, krzemu i wielu innych materiałów, które zwykle kojarzą się z telefonami komórkowymi niż w przypadku komórek roślinnych.

[Źródło obrazu:Viktor Koen]

W laboratoriach znajduje się Wspólne Centrum Sztucznej Fotosyntezy. Jest to program badawczy z udziałem ponad 190 osób, który ma wystarczające fundusze 116 mln USD przez okres pięć lat z Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych. Celem ośrodka i naukowców jest wykorzystanie światła słonecznego i znacznie wydajniejsze wytwarzanie wodoru wraz z innymi paliwami, tak aby pozostawiając w przyrodzie biomasę.

Naukowcy podejmują ten cel z poczuciem pilności. Na około 13% emisji na całym świecie gazy cieplarniane są transportowane. Dlatego jednym z kluczowych celów jest stopniowe wycofywanie zanieczyszczających paliw. Jednym ze sposobów byłoby zastąpienie lekkich ciężarówek i samochodów pojazdami zasilanymi energią elektryczną pochodzącą z wiatru lub ogniw słonecznych. Jednak to nie wystarczyłoby do rozwiązania całego problemu. Dyrektor naukowy JCAP i chemik nieorganiczny na Uniwersytecie Caltech, Nathan Lewis, powiedział to wokół 40% światowego transportu nie może być zasilane energią elektryczną. Głównie z powodu tego, że niektórych pojazdów, takich jak samoloty, nie można podłączyć, ponieważ nie byłyby w stanie pomieścić takiej ilości baterii, jaka jest potrzebna.

Z tego powodu agencje finansujące z całego świata wykorzystują wiele zasobów, aby spróbować wytworzyć paliwo z energii słonecznej. Ten rodzaj mocy się nie wyczerpie i jest wolny od emisji dwutlenku węgla, które są bonusami. JCAP zobowiązał się do dostarczenia prototypu, który działa na sztucznym liściu, przed wygaśnięciem grantu w 2015 r.

Michael Wasielewski, chemik z Northwestern University w Evanston w stanie Illinois powiedział: „Gdybyś mógł wytrzymać tego typu wysiłki przez następne dziesięć lat, można sobie wyobrazić praktyczne rozwiązanie.

Sztuczna fotosynteza nie jest czymś nowym, w rzeczywistości sięga 1912Jednak naukowcy nie zaczęli naciskać aż do początku 1972. To naukowcy z Japonii nakreślili, co będzie potrzebne, aby urządzenie mogło przyjmować światło słoneczne, a następnie wykorzystywać je, aby móc rozdzielać wodę na tlen wraz z paliwem wodorowym.

To było w 1998 kiedy kompletny system wykazał znaczący przełom i postęp. To wtedy był w stanie przechowywać 12% energii słonecznej, która weszła, jako paliwo. To było w porównaniu z 1% energii zmagazynowanej w prawdziwych liściach w postaci biomasy. Wadą były koszty, które były o wiele za duże, aby był konkurencyjny. Jednocześnie mówiło się, że wydajność spadła po słońcu 20 godzin.

Lewis wskazał, że aby sztuczny liść odniósł sukces, potrzebne są trzy rzeczy. „Chcesz, aby był wydajny, tani i solidny. Mogę ci dziś dać dowolne dwa, ale nie trzeci w tym samym czasie.”

Celem JCAP było przezwyciężenie tego problemu, a wraz z nim stworzenie systemu, który byłby dużo tańszy niż rozdzielanie wody elektrycznością za pomocą paneli słonecznych. Ich odpowiedzią były dwie elektrody, które zanurzyli w roztworze wodnym. Każda z tych elektrod ma materiał półprzewodnikowy, który został wybrany do wychwytywania światła z części widma słonecznego, a także jest pokryty katalizatorem, aby pomóc w wytwarzaniu tlenu lub wodoru z użytecznymi prędkościami. Podobnie jak w przypadku każdego urządzenia do sztucznej fotosyntezy, system opracowany przez JCAP został podzielony membraną, aby zapewnić, że powstające gazy są oddzielone i nie stanowią ryzyka wywołania reakcji wybuchowej.

Lewis wyjaśnił, że wykonanie dowolnego elementu sztucznego liścia było dużym wyzwaniem. Powiedział "To jest dokładnie tak, jak budowanie samolotuMusisz mieć nie tylko silnik, musisz mieć projekt ze skrzydłami, kadłubem, silnikiem i awioniką - a samolot w końcu musi latać.”

Znalezienie odpowiednich materiałów było jedną z najtrudniejszych rzeczy, jakie musieli zrobić. Laboratorium wysokowydajnych eksperymentów JCAP otrzymało zadanie problematyki materiałów. Zmodyfikowali drukarki atramentowe, aby wysyłać stopy na szklane płyty, które następnie testują jako fotoabsorbery i katalizatory. Zmodyfikowane drukarki są w stanie wyprodukować aż tyle jeden milion plam dziennie.

Lewis powiedział, że „Jak dotąd największym źródłem energii jest Słońce.Najlepszym sposobem na magazynowanie energii innej niż jądro atomu są paliwa chemiczne. Nieuniknione jest, że ktoś wybierze największe źródło i zmagazynuje je w najbardziej gęsty sposób.”


Obejrzyj wideo: Z innej planety 2017 05 09 Sztuczny liść (Może 2022).