• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy napędzają urządzenia za pomocą fotosyntezy

    04.07.2013. 16:27
    opublikowane przez: Redakcja

    Przyroda do perfekcji doprowadziła sztukę wykorzystywania energii słonecznej do pobudzania wzrostu. Międzynarodowy zespół naukowców zbadał, co jest potrzebne do sztucznego odtworzenia tego procesu. Wyniki mogą znaleźć rozmaite zastosowania, od alternatywy dla ropy, poprzez ultragęste pamięci komputerowe, po wysokowydajne ogniwa słoneczne.

    Sztuczna fotosynteza umożliwiłaby produkowanie paliw ze światła słonecznego - do ładowania materiałów biologicznych i transferu energii. Podczas gdy tradycyjne źródła energii kurczą się, energii słonecznej jest pod dostatkiem. Użycie jej do wytwarzania paliwa zapewniłoby alternatywne źródło energii.

    Na elektronice molekularnej zasadzał się projekt BIMORE (Bioinspirowana optoelektronika molekularna), w ramach którego wykorzystano komponenty molekularne do napędzania elementów elektronicznych. Cel to zmniejszenie elektroniki do skali pojedynczej molekuły. W tej skali materiały mają całkowicie odmienne właściwości, które należy poznać, zanim będzie je można wykorzystać. Projekt BIMORE pogłębił tę wiedzę.

    Zespół wyhodował purpurowe bakterie fototroficzne, które następnie badano za pomocą spektroskopii femtosekundowej - co można porównać do zrobienia wielu zdjęć w bardzo szybkim tempie. Dzięki temu naukowcy sprawdzili, w którym momencie energia świetlna przeskakuje z jednej grupy bakterii do drugiej. Mogli także przyjrzeć się, kiedy energia świetlna osiąga "centrum reakcyjne", w którym przekształcana jest na energię biochemiczną.

    Obserwacja całego procesu pokazała, jak można zarządzać transferem energii, aby zoptymalizować sprawność optoelektroniki - gałęzi technologii łączącej elektryczność ze światłem, która obejmuje ogniwa i czujniki słoneczne.

    Zespół opracował również antenę do wychwytywania światła w taki sam sposób, jak sygnału radiowego. Antena wykorzystuje dwie złote końcówki w rozstawie nanoskalowym - czyli w odległości około setnej tysięcznej grubości ludzkiego włosa. Końcówki wyłapują światło i skupiają je w niewielkiej przestrzeni, zwiększając jego natężenie.

    Mimo iż umiejętność ładowania molekuł już otwiera nowe możliwości, to zdolność włączania i wyłączania ich byłaby jeszcze cenniejsza. Mając to na uwadze zespołowi udało się opracować tranzystor emitujący światło (LET), pokryty warstwą molekuł fotochromowych (zmieniających kolor w czasie ekspozycji na konkretny rodzaj światła) o obiecujących parametrach przełączania.

    Projekt BIMORE otrzymał niemal 2,8 mln EUR dofinansowania, które przeznaczono także na szkolenie sieci 19 młodych naukowców (stypendystów Marie Curie) w dziedzinie bioinspirowanej optoelektroniki molekularnej. W skład sieci BIMORE wchodzi dziewięć instytutów z sześciu krajów UE oraz Izraela i Szwajcarii.
    Za: CORDIS


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    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. Daylighting – sposób umieszczania okien lub innych otworów i powierzchni odbijających światło, tak aby w ciągu dnia światło naturalne zapewniło efektywne oświetlenie wewnętrzne. Szczególną uwagę zwraca się na daylighting podczas projektowania budynków, w których celem jest maksymalizacja komfortu wizualnego lub zmniejszenie zużycia energii. Oszczędność energii osiąga się poprzez obniżenie wykorzystania sztucznego (elektrycznego) oświetlenia lub pasywnego ogrzewania słonecznego. Do tego światło elektryczne automatycznie, w odpowiedzi na obecność światła dziennego, musi być przygaszane bądź rozjaśniane. Pożądane jest wprowadzenie automatyki umożliwiającej taki system zarządzenia oświetleniem. Staw słoneczny – niskotemperaturowy, aktywny system wykorzystania energii słonecznej. Przekształca promieniowanie słoneczne w energię cieplną jednocześnie ją akumulując. Jego podstawową zaletą jest zdolność do magazynowania energii na długi okres, która może być później odzyskana poprzez użycie pompy ciepła.

    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. 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.

    Konwersja energii jest zamianą jednej jej postaci na inną. W myśl zasady zachowania energii energia całkowita nie ulega zmianie. Jednak poszczególne składniki wchodzące w skład energii całkowitej mogą rosnąć lub maleć. W maszynach i urządzeniach energetycznych występuje zwykle kilka stopni konwersji energii. 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 wiatru – energia kinetyczna przemieszczających się mas powietrza, zaliczana do odnawialnych źródeł energii. Jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych, jak również wykorzystywana jako energia mechaniczna w wiatrakach i pompach wiatrowych, oraz jako źródło napędu w jachtach żaglowych. W 2010 roku energia wiatru dostarczyła ludzkości 430 TWh, czyli 2,5% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Energia zredukowana to wielkość bezwymiarowa, iloraz energii dla jakiegoś procesu albo zjawiska oraz innej wielkości wzorcowej o wymiarze energii, np. kT (w skali mikroskopowej) lub RT (w skali makroskopowej). W przypadku niektórych zjawisk, np. związanych z przemianami fazowymi, stosuje się wielkości zredukowane wyrażone poprzez parametry stanu krytycznego, np. temperatura zredukowana jako T = T/Tkryt.

    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.

    Dyssypacja (dysypacja) energii, rozpraszanie energii – przekształcanie energii uporządkowanego ruchu makroskopowego w energię chaotycznie rozłożoną na wiele stopni swobody, najczęściej – energię ruchów termicznych cząstek.

    Miejsce dostarczania energii elektrycznej (ang. point of supply, supply terminals) MD – umowny punkt, w którym następuje przekazanie (dostawa lub odbiór) energii elektrycznej przez jednego partnera handlowego drugiemu. Miejscem dostarczenia (MD) może być fizyczny punkt w sieci będący umownym punktem granicznym, w którym następuje przekazanie energii elektrycznej. Wielkość energii elektrycznej dostarczonej lub odebranej jest wyznaczana na podstawie pomiarów energii oraz algorytmów wyznaczania ilości energii. Element elektroniczny (elektryczny) część obwodu elektrycznego o jednej, dominującej funkcji: wytwarzania energii elektrycznej kosztem innego rodzaju energii, rozpraszania energii oraz magazynowania energii. Element elektryczny nie może zostać podzielony bez utraty swoich właściwości. Wyróżniamy dwa rodzaje elementów: bierne i czynne. Bierne nie wytwarzają, lecz rozpraszają i magazynują energię, zaś czynne - wytwarzają.

    Giełda energii – instytucja publiczna mająca na celu zapewnienie możliwości handlu energią. W Polsce największą giełdą energii jest Towarowa Giełda Energii. Element elektroniczny czynny (aktywny) – element elektroniczny umożliwiający przekształcanie energii elektrycznej, zatem niebędący elementem pasywnym. Zdolny np. do wzmocnienia sygnału, jak tranzystor lub lampa elektronowa, czy też zamiany sygnału analogowego na cyfrowy np. komparator. Elementy aktywne można określić więc jako przetworniki energii elektrycznej aktywnie przekształcające sygnał źródła energii elektrycznej, siłę elektromotoryczną (SEM).

    Trójgeneracja (także trigeneracja) jest to skojarzone technologicznie wytwarzanie energii cieplnej, mechanicznej (lub elektrycznej) oraz chłodu użytkowego, mające na celu zmniejszenie ilości i kosztu energii pierwotnej niezbędnej do wytworzenia każdej z tych form energii odrębnie. W systemach ciepłowniczych, w okresie letnim, poprawia ekonomiczność produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu z ciepłem przy niskim zapotrzebowaniu odbiorców na energię cieplną i istniejącym zapotrzebowaniu na chłód użytkowy. Jest technologicznym rozszerzeniem kogeneracji. Kondycjonowanie energii – to proces mający na celu umożliwienie i optymalizację współpracy źródeł energii elektrycznej i odbiorów, poprzez zmianę parametrów energii.

    Dodano: 04.07.2013. 16:27  


    Najnowsze