211service.com
Žalesnis „dirbtinis lapas“
Fotosintezė, gamtos būdas saulės šviesą paversti kuru, vyksta visur aplink mus – nuo medžio lapų iki mažiausio žolės stiebo. Tačiau ieškant būdo, kaip pigiai ir efektyviai imituoti gebėjimą, inžinieriai glumino dešimtmečius.
Lapai, kurie nėra žali: Silicis, padengtas nebrangiais katalizatoriais, apšviestoje vandens talpykloje vandenį skaido į vandenilį ir deguonį.
Dabar mokslininkai žengė žingsnį link šio sunkiai pasiekiamo žygdarbio, naudodami įrenginį, kuris yra dar efektyvesnis už natūralią fotosintezę ir remiasi nebrangiomis, gausiomis medžiagomis.
Įprasti saulės elementai gamina elektros energiją, kai fotovoltinė medžiaga yra veikiama šviesos. Naujasis įrenginys žengia dar vieną žingsnį, naudodamas gautą elektrą vandeniui padalyti į vandenilį ir deguonį, kurie gali būti kaupiami ir naudojami elektrai gaminti per kuro elementą.
Naujasis prietaisas vis dar kuriamas ankstyvoje laboratorijoje, o prieš pradedant jį parduoti, tebėra didelių iššūkių.
Danielis Nocera MIT profesorius, kovo 27 d. Kalifornijoje vykusiame nacionaliniame Amerikos chemijos draugijos susitikime atskleidė preliminarią įrenginio, kurį jis vadina pirmuoju praktiniu dirbtiniu lapeliu, detales. Prietaisas sujungia komerciškai prieinamą saulės elementą su pora nebrangių elementų. katalizatoriai, pagaminti iš kobalto ir nikelio, kurie skaido vandenį į deguonį ir vandenilį. Taikant šį metodą, maždaug vieno kvadratinio metro ploto saulės baterija galėtų pagaminti pakankamai vandenilio, kad besivystančioje šalyje būtų tiekiama elektra tiek dieną, tiek naktį, sako Nocera.
Naudodamas plonasluoksnį silicio saulės elementą, kuris energiją paverčia šviesa 7 procentų efektyvumu, Nocera teigia, kad jo grupė pasiekė 5 procentų efektyvumą saulės šviesą paversti vandeniliu. Natūralios fotosintezės efektyvumas saulės šviesą paverčia energija mažiau nei 1 proc.
Prietaisas nėra pirmasis, kuris bando pagerinti natūralią fotosintezę. Tačiau jis turi aiškių pranašumų, palyginti su ankstesniais įrenginiais, kuriuose buvo naudojami brangūs tauriųjų metalų katalizatoriai, kad būtų galima padalyti vandenį į vandenilį ir deguonį, arba netiesiogiai vanduo buvo dalijamas atskiru įrenginiu, kuris yra mažiau efektyvus ir brangesnis.
„Nocera“ įrenginys yra pirmasis, kuriame naudojamos nebrangios ir gausios katalizatoriaus medžiagos, kurios yra įtrauktos į saulės elementą. Jūs tiesiog turite silicio gabalėlį, padengtą katalizatoriais, kurį galite įdėti į stiklinę vandens, ir jis pradeda skaidyti vandenį į vandenilį ir deguonį, sako jis.
Įrenginys tapo įmanomas dėl kelių naujausių pasiekimų. Pirmą kartą Nocera sukūrė kobalto katalizatorių, galintį skaidyti deguonį iš vandens 2008 m., tačiau katalizatoriaus nebuvo galima tiesiogiai pritaikyti siliciui, nes jis blokuotų įeinančią saulės šviesą. Savo naujajam prietaisui Nocera ant silicio uždėjo ploną kobalto plėvelę, kuri blokuoja tik 2–3 procentus gaunamos šviesos. Prieš dengdamas katalizatorių, jis padengė silicį plona membrana, kuri apsaugo jį nuo oksidacijos, bet leidžia elektros srovei praeiti.
Naujas nikelio pagrindu pagamintas katalizatorius, kurį taip pat neseniai sukūrė Nocera, yra naudojamas kitoje silicio pusėje, kad būtų galima atskirti vandenilį iš vandens. Nikelio katalizatoriai, jau naudojami kituose vandens dalijimo įrenginiuose, žinomuose kaip elektrolizatoriai, greitai taptų nenaudingi dėl vandenyje esančių fosfatų ir boratų. Pirminių įrenginio bandymų rezultatai pateikti publikavimui. Jie rodo, kad jis gali veikti mažiausiai šešias dienas nesumažėdamas efektyvumo, sako Nocera.
Džonas Turneris Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos Goldene (Kolorado valstija) mokslinis bendradarbis teigia, kad galimybė naudoti praktiškai skaidrų kobalto katalizatorių yra esminė pažanga, o praneštas efektyvumas yra daug žadantis. Turner sako, kad jis iš kameros gauna didžiąją dalį efektyvumo. Jei jis [pradeda] 11 ar 12 procentų ląstelių, kurios yra parduodamos, jis turėtų sugebėti padaryti daug geriau. Bet mums reikės pažiūrėti, ką jis gali padaryti, kai įgis geresnę ląstelę.
Tačiau Turneris sako, kad Nocera turės parodyti žymiai ilgesnį veikimo laiką - dešimtis tūkstančių valandų. Jie gali turėti patvarumo, bet jie turi ir toliau tai parodyti, sako jis.
Sun Catalytix „Nocera“ įkurta įmonė dabar bendradarbiaus su Indijos pramonės milžine „Tata“, siekdama komercializuoti technologiją, skirtą naudoti gyvenamosiose patalpose besivystančiose šalyse. Įmonės jau dirba kartu kurdamos kitą dirbtinės fotosintezės įrenginį, kurį anksčiau sukūrė Nocera. Šis pradinis įrenginys bus pagrįstas 100 vatų saulės baterija ir jam reikės atskiro elektrolizatoriaus, prijungto laidais prie skydo. Jis turėtų būti parduotas už maždaug 100 USD.
Prietaisas taip pat turėtų būti suporuotas su kuro elementu, kad sukauptą vandenilį paverstų elektra. Nocera tikisi šį pradinį saulės energija varomą vandenilį gaminantį įrenginį Tatai pristatyti iki 2011 m. pabaigos. Naujasis dirbtinis lapas turėtų būti pigesnis, tačiau gali praeiti dar dveji su puse metų, kol bus paruoštas komercinis prototipas. Nocera sako.
Jamesas Stevensas, „Dow Chemical“ mokslinis bendradarbis, sako, kad šios technologijos dar reikia nuveikti ilgą kelią. Jis sako, kad reikia daug nuveikti, kad tai taptų praktiška. Šių dalykų efektyvumas yra mažas, o kapitalo sąnaudos yra labai didelės.
Kiti praktiniai klausimai, pvz., saugus vandenilio dujų laikymas ir sistemos užšalimas esant minusinei temperatūrai, taip pat yra reikšmingi iššūkiai, sako Stevensas. Jis sako, kad mes nelabai domimės dabartine meno būkle.