علم

تساعد الأوراق الاصطناعية الباحثين على إحراز تقدم في تحويل الفوتونات إلى وقود

تساعد الأوراق الاصطناعية الباحثين على إحراز تقدم في تحويل الفوتونات إلى وقود


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.

خارج معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، تمد النباتات والزهور أوراقها وترسل جذورها إلى عمق أعمق في الأرض. إنهم يستخدمون الطاقة لتخزين السكريات ولهم عملية التمثيل الضوئي سهلة. في غضون ذلك ، داخل مختبر Caltech Jorgensen ، يبذل أكثر من 80 باحثًا جهدًا كبيرًا في ورقة اصطناعية ويفعلون ما تفعله أوراق النباتات بسهولة. إنهم يفعلون ذلك باستخدام النيكل والحديد والسيليكون والعديد من المواد الأخرى التي قد تربطها عادةً باستخدامها في الهواتف المحمولة أكثر من استخدام الخلايا النباتية.

[مصدر الصورة:فيكتور كوين]

المختبرات هي موطن لمركز المفاصل لعملية التمثيل الضوئي الاصطناعي. هذا برنامج بحثي يشارك فيه أكثر من 190 شخصًا ، وقد تم تمويله بما يتناسب مع 116 مليون دولار أمريكي على مدى فترة خمس سنوات من وزارة الطاقة الأمريكية. الهدف من المركز والباحثين هو الاستفادة من ضوء الشمس وجعل الهيدروجين مع أنواع الوقود الأخرى أكثر كفاءة مما يجعل الأوراق في الطبيعة كتلة حيوية.

يقوم الباحثون بهذا الهدف بشعور من الإلحاح. حول 13٪ من الانبعاثات تأتي غازات الاحتباس الحراري في جميع أنحاء العالم عن طريق النقل. ولذلك فإن أحد الأهداف الرئيسية هو التخلص التدريجي من الوقود الملوث. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في استبدال الشاحنات الخفيفة والسيارات بمركبات تعمل بالكهرباء التي تأتي من خلايا الرياح أو الخلايا الشمسية. لكن هذا لن يكون كافيا للتعامل مع المشكلة برمتها. قال المدير العلمي لـ JCAPs والكيميائي غير العضوي في جامعة Caltech ، ناثان لويس ، ذلك حول 40% من وسائل النقل في العالم لا يمكن تشغيلها بالكهرباء. يرجع ذلك في الغالب إلى حقيقة أن بعض المركبات مثل الطائرات لا يمكن توصيلها بالكهرباء لأنها لن تكون قادرة على الاحتفاظ بكمية البطاريات المطلوبة.

نتيجة لهذا ، تستخدم وكالات التمويل من جميع أنحاء العالم العديد من الموارد لمحاولة إنتاج الوقود من قوة الشمس. هذا النوع من الطاقة لن ينفد وهو خالٍ من الكربون ، وهي مكافآت. التزم JCAP بتقديم نموذج أولي يعمل من ورقة اصطناعية قبل انتهاء المنحة في عام 2015.

قال مايكل واسيليوسكي ، الكيميائي بجامعة نورث وسترن في إيفانستون ، إلينوي ، "إذا تمكنت من الحفاظ على هذا النوع من الجهد خلال السنوات العشر القادمة ، فمن الممكن أن يكون لديك حل عملي.

البناء الضوئي الاصطناعي ليس شيئًا جديدًا ، في الواقع يعود إليه 1912ومع ذلك ، لم يبدأ الباحثون في دفع الأمور حتى بداية 1972. كان الباحثون في اليابان هم الذين حددوا ما هو مطلوب حتى يتمكن الجهاز من استيعاب ضوء الشمس ثم استخدام ضوء الشمس هذا حتى يتمكن من تقسيم الماء إلى أكسجين مع وقود الهيدروجين.

كان في 1998 عندما أظهر نظام كامل اختراقة وتطورات كبيرة. كان هذا عندما كان قادرًا على التخزين 12% من الطاقة الشمسية التي تدخل كوقود. كان هذا بالمقارنة مع 1% من الطاقة المخزنة في الأوراق الحقيقية ككتلة حيوية. كان الجانب السلبي هو التكاليف التي كانت باهظة للغاية بالنسبة لها لتكون قادرة على المنافسة. إلى جانب ذلك قيل أن الأداء انخفض بعد شروق الشمس 20 ساعة.

وأشار لويس إلى أن نجاح الورقة الصناعية يتطلب ثلاثة أشياء. "تريدها أن تكون فعالة ورخيصة وقوية. يمكنني أن أعطيك أي اثنين اليوم ، لكن ليس الثالث في نفس الوقت.”

كان هدف JCAP هو التغلب على هذه المشكلة ، وإلى جانب ذلك ، إنشاء نظام أرخص بكثير من تقسيم المياه بالكهرباء باستخدام الألواح الشمسية. كانت إجابتهم عبارة عن قطبين كهربائيين غمسا في محلول مائي. يحتوي كل من هذه الأقطاب على مادة شبه موصلة تم اختيارها لالتقاط الضوء من جزء من الطيف الشمسي جنبًا إلى جنب مع كونها مغلفة بالمحفز للمساعدة في توليد الأكسجين أو الهيدروجين بسرعات مفيدة. تمامًا كما هو الحال مع أي جهاز من أجهزة التمثيل الضوئي الاصطناعي ، تم تقسيم النظام الذي توصل إليه JCAP بواسطة غشاء للتأكد من أن الغازات الناتجة يتم فصلها عن بعضها البعض ولا تشكل خطرًا للتسبب في تفاعل انفجاري.

أوضح لويس أن عمل أي من مكونات الأوراق الاصطناعية كان بمثابة تحدٍ كبير. هو قال "هذا بالضبط مثل بناء طائرةلا يجب أن يكون لديك محرك فقط ، بل يجب أن يكون لديك تصميم بأجنحة وجسم الطائرة والمحرك وإلكترونيات الطيران - والطائرة ، في النهاية ، يجب أن تطير.”

كانت القدرة على العثور على المواد الصحيحة من أصعب الأشياء التي كان عليهم القيام بها. تم تكليف مختبر التجارب عالي الإنتاجية التابع لـ JCAP بمهمة المشكلات المتعلقة بالمواد. لقد قاموا بتعديل الطابعات النافثة للحبر لإرسال السبائك على ألواح زجاجية ، ثم قاموا باختبارها كممتصات ضوئية ومحفزات. الطابعات المعدلة قادرة على إنتاج ما يصل إلى مليون واحد البقع في اليوم.

قال لويس أن "أكبر مصدر للطاقة لدينا حتى الآن هو الشمس.أفضل طريقة لتخزين الطاقة بخلاف نواة الذرة هي الوقود الكيميائي. لا مفر من أن يأخذ شخص ما أكبر مصدر ويخزنه بأكثر الطرق كثافة.”


شاهد الفيديو: هل وصل الوقود الأحفوري إلى ذروته (سبتمبر 2022).


تعليقات:

  1. Caddawyc

    بالتأكيد. كل ما ذكر أعلاه قال الحقيقة. دعونا نناقش هذا السؤال. هنا أو في PM.

  2. Zulujar

    أنا آسف ، لكن في رأيي ، أنت مخطئ. أقترح مناقشته. اكتب لي في PM.

  3. Abdul

    لا توافق بشدة على المنشور السابق

  4. Dinas

    انا اختلف معها

  5. Urbano

    المعلومات المفيدة



اكتب رسالة