• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Czysta energia? Matka natura nadal wie lepiej

    24.10.2011. 16:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wraz ze wzrostem zainteresowania na całym świecie czystą energią, naukowcy nie ustają w poszukiwaniach jej najobfitszych, dostępnych dla nas zasobów. Większość ekspertów zwróciła się w tym celu w kierunku światła słonecznego. Wyzwanie jednak polega na ustaleniu jak najlepszego i najwydajniejszego sposobu wychwytywania, przesyłania i magazynowania energii słonecznej. Międzynarodowy zespół naukowców odkrył ostatnio, że złożone systemy funkcjonujące w przyrodzie mogą przynieść rozwiązanie tego problemu. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Nature Chemistry stawiają w centrum uwagi naturalne kompleksy antenowe. Badania zostały dofinansowane z projektu PHOTPROT (Dynamiczna macierz białkowa w fotosyntezie - od nieładu po życie), który otrzymał grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) o wartości 2,86 mln EUR z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE.

    Po przeanalizowaniu prac poświęconych naturalnym kompleksom antenowym roślin i mikroorganizmów do pochłaniania światła słonecznego, naukowcy z Holandii, Kanady, USA i Wlk. Brytanii skompilowali zgromadzone informacje w formę przewodnika dla naukowców i inżynierów, którzy projektują przyszłe technologie energii słonecznej. Przyglądając się naturalnej fotosyntezie zespół pogłębia wiedzę na potrzeby projektowania antropogenicznych, molekularnych obwodów energetycznych do wychwytywania, regulowania, wzmacniania i zarządzania surową energią słoneczną.

    Wyposażeni w te informacje eksperci mogą z powodzeniem czerpać z obfitości dostępnego światła słonecznego, następnie przekształcać i magazynować jego energię, po czym przesyłać ją na różne odległości - wszystko to w ramach układów mikroskopowych sieci energetycznych.

    "Ponad 10 trylionów fotonów światła uderza liść w każdej sekundzie" - jak czasopismo Digital Journal cytuje dr Grega Scholesa, chemika z Wydziału Chemii Uniwersytetu w Toronto w Kanadzie. "Z tej liczby niemal każdy czerwony foton jest wychwytywany przez chlorofil, który stymuluje wzrost roślin."

    Jednym z wyzwań jest skierowanie energii pochodzącej ze światła słonecznego, wychwyconej i zmagazynowanej przez zaledwie jedną miliardową sekundy w chromoforach, które eksperci nazywają kolorowymi barwnikami lub molekułami pigmentowymi, zanim energia ta zostanie utracona.

    Naukowcy twierdzą, że choć eksperci analizują fotosyntezę od ponad stu lat, odtworzenie zasad wykorzystanych w tym złożonym procesie naturalnym będzie możliwe, jeżeli wprowadzone zostaną zmiany w istniejących procedurach syntezy chemicznej. Potrzebne są nowe podejścia naśladujące rozmieszczenie chromoforów w przyrodzie i regulację naturalnej, molekularnej energii wzbudzenia w optymalizacji pochłaniania światła przez kompleksy anten solarnych w liściach i glonach. Dodają, że transport wzbudzenia elektrycznego w przyrodzie jest prawdopodobnie największym wyzwaniem dynamiki chemicznej.

    Wyniki prac mogą przełożyć się na ramy potrzebne do zaprojektowania i syntezy funkcjonujących w skali molekularnej, sztucznych, fotosyntetyzujących jednostek i systemów antenowych. Kluczowe znaczenie zdaniem naukowców ma inżynieria sztucznych chromoforów o dużej zdolności absorpcyjnej, ustawienie tych molekuł pigmentowych w optymalne układy na antenach i korzystanie ze wspólnych właściwości molekuł pochłaniających światło.

    "Wedle prognoz energia słoneczna ma zaspokoić znaczącą część światowego zapotrzebowania na energię w kolejnym stuleciu, gdyż światło słoneczne to najobfitsze źródło energii, jakie mamy do swojej dyspozycji" - jak cytuje czasopismo Digital Journal współautora Grahama Fleminga z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley w USA. "Aczkolwiek, aby skutecznie wykorzystywać energię słoneczną pobraną ze światła słonecznego, musimy zrozumieć i udoskonalić zarówno efektywne wychwytywanie fotonów, jak i przesył elektrycznej energii wzbudzenia."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Energetyka słoneczna – gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii. Od początku XXI wieku rozwija się w tempie około 40% rocznie. W 2012 roku łączna moc zainstalowanych ogniw słonecznych wynosiła 100 GW (wzrost o 41% w stosunku do 2011 roku, 900% od 2007 roku) i zaspokajały one 0,4% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Energia dla Wszystkich - to nazwa inicjatywy i partnerstwa - obu zapoczątkowanych przez Azjatycki Bank Rozwoju (ADB), w celu zmniejszenia ubóstwa energetycznego w regionie Azji i Pacyfiku. Inicjatywa ma na celu opracowanie metod zapewnienia dostępu do niezawodnych i przystępnych cenowo usług energetycznych oraz wsparcia rozwinięcia ich skali. Obejmuje ona zarówno dostęp gospodarstw domowych do energii elektrycznej wytwarzanej technologiami odnawialnych źródeł energii takich, jak mikro energetyki wodnej, słonecznej, biomasy i małej energetyki wiatrowej, jak również dostęp do czystych paliw do gotowania takich, jak LPG lub biogazu z odchodów zwierzęcych. Natomiast partnerstwo powstało, aby umożliwić różnym podmiotom z branży współpracę w regionie. Jednym z opisanych celów jest zapewnienie dostępu do energii 100 milionom ludzi w regionie do 2015 roku. Absorber energii słonecznej: Zaczerniona powierzchnia kolektora słonecznego która pochłania promieniowanie słoneczne i przetwarza je w energię cieplną. Absorbery różnią się skutecznością pochłaniania energii. Skuteczność tę określamy za pomocą współczynnika absorpcji.

    Zrównoważona energia – efektywność energetyczna i energia odnawialna są uznawane za dwa filary zrównoważonej polityki energetycznej. Obie strategie muszą być rozwijane równocześnie, aby stabilizować i redukować emisje dwutlenku węgla oraz innych zanieczyszczeń. Wydajne używanie energii jest kluczowe dla spowalniania wzrostu zapotrzebowania na energię, tak by rosnące dostawy czystej energii mogły powodować głębsze redukcje w wykorzystaniu paliw kopalnych. Jeśli konsumpcja energii będzie rosła zbyt szybko, rozwój energii odnawialnej nie nadąży, by osiągnąć ten cel. Analogicznie, jeśli źródła czystej energii nie staną się powszechnie dostępne, spowolniony wzrost popytu w niewystarczającym stopniu przełoży się na ograniczenie całkowitych emisji węgla; potrzebne jest także zmniejszenie udziału węgla w źródłach energii. W związku z tym zrównoważona polityka energetyczna wymaga większych zobowiązań zarówno w odniesieniu do wydajności jak i źródeł odnawialnych. Hybrydowy układ wytwórczy – mały zespół współpracujących jednostek wytwórczych energii elektrycznej albo energii elektrycznej i ciepła, o zróżnicowanych nośnikach energii pierwotnej (odnawialne i nieodnawialne) lub zawierające układy do magazynowania energii, przy czym sterowanie i koordynacja ich współpracy odbywa się przy wykorzystaniu zaawansowanych układów energoelektronicznych.

    Postulat 100% energii odnawialnej pojawił się w związku z globalnym ociepleniem i innymi problemami ekologicznymi (np. zanieczyszczeniem powietrza) oraz gospodarczymi (np. wyczerpywanie się energetycznych surowców nieodnawialnych). Wzrost wykorzystywania odnawialnych źródeł energii następuje znacznie szybciej, niż ktokolwiek to przewidywał. Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu stwierdził, że jest niewiele technologicznych granic integracji portfela technologii odnawialnych źródeł energii, aby zapewnić z nich większość całkowitego światowego zapotrzebowania na energię. Mark Z. Jacobson twierdzi, że rozpoczęcie produkcji całej nowej energii tylko z wiatru, energii słonecznej oraz energii wodnej jest możliwe w 2030 r., a istniejący system dostaw energii może zostać zastąpiony całkowicie do 2050 r. Przeszkody w realizacji planu 100% energii odnawialnej są postrzegane jako "przede wszystkim społeczne i polityczne, a nie technologiczne lub ekonomiczne". Jacobson wskazuje, że koszty energii z wiatru, słońca, wody powinny być podobne do dzisiejszych kosztów energii. Europejska Rada ds. Energii Odnawialnej (EREC) wskzuje, że Unia Europejska może do 2050 zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych o ponad 90% jeśli cała produkcję energii przestawi na źródła odnawialne. Ogniwo słoneczne, ogniwo fotowoltaiczne, ogniwo fotoelektryczne, fotoogniwo – element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana (konwersja) energii promieniowania słonecznego (światła) w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego, czyli poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów o energii większej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury (zob. nośniki ładunku) do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.

    Pochłanianie – w akustyce jest procesem absorbowania energii fali dźwiękowej przez ciała fizyczne. Na skutek pochłaniania energia fali przechodzącej przez ciało ulega zmniejszeniu, powodując wzrost energii wewnętrznej tego ciała. Sztuczna fotosynteza – pojęcie, które ogólnie obejmuje "skopiowanie" naturalnego procesu fotosyntezy, a także związane z tym badania, w celu otrzymania wysokoenergetycznych związków chemicznych z dwutlenku węgla i wody przy udziale energii słonecznej, czasami także pod pojęciem tym rozumiany jest rozkład wody na wodór i tlen za pomocą energii słonecznej. Termin dotyczy także starań naukowców, aby otrzymać z dwutlenku węgla i wody w reakcji sztucznej fotosyntezy płynne paliwo. Dla zapoczątkowania reakcji sztucznej fotosyntezy konieczne jest dostarczenie energii z zewnątrz, np. odnawialnej energii słonecznej lub energii wiatru.

    Parytet sieci (ang. grid parity) to określenie sytuacji, w której nowe źródło energii może dostarczać energii elektrycznej po koszcie uśrednionym mniejszym albo równym kosztowi nabycia energii w sieci energetycznej. Termin ten jest najczęściej używany w dyskusjach na temat nowych instalacji odnawialnych źródeł energii, w szczególności nowych technologii produkcji energii z biomasy, wiatrowej i słonecznej, które obecnie wchodzą na rynek.

    Dodano: 24.10.2011. 16:26  


    Najnowsze