Przełomowe gotowanie nanocząstkami
Naukowcy z Rice University informują o opracowaniu rewolucyjnej technologii, która wykorzystuje nanocząstki do zamiany energii słonecznej w parę wodną. Efektywność nowej technologii, nazwanej roboczo "parą słoneczną, wynosi aż 24%. To dwukrotnie więcej niż efektywność fotowoltaicznych ogniw słonecznych. Twórcy wynalazku sądzą, że w pierwszej kolejności będzie on wykorzystywany nie do pozyskiwania energii elektrycznej, ale oczyszczania wody w krajach rozwijających się.
Tu chodzi o dużo więcej niż tylko elektryczność. Dzięki tej technologii myślimy o energii słonecznej w zupełnie nowy sposób - mówi profesor Naomi Halas, która stała na czele zespołu badawczego.
Uczeni z Rice wykorzystali nanocząstki ogrzewające się pod wpływem światła słonecznego. Gdy zostają zanurzone w wodzie, nawet bardzo zimnej, ogrzewają się tak szybko, że błyskawicznie powstaje para wodna.
Przechodzimy od ogrzewania wody w skali makro do ogrzewania w skali nano. Nasze cząstki są bardzo małe, nawet mniejsze od długości fali światła, a to oznacza, że mają niezwykle małą powierzchnię oddającą ciepło. Tak intensywne ciepło pozwala na lokalne generowanie pary wodnej, dokładnie na powierzchni cząstki. Lokalne tworzenie pary wodnej jest sprzeczne z intuicją - stwierdziła profesor Halas.
Podczas swoich pokazów uczeni prezentowali wodę bliską punktowi zamarzania, z wprowadzonymi doń nanocząstkami. Po skupieniu na wodzie światła słonecznego niemal natychmiast pojawiła się para.
Woda to jeden z najszerzej używanych płynów w przemyśle. Około 90% energii jest produkowanych dzięki parze wodnej. Para wykorzystywana jest też np. do sterylizacji narzędzi i odpadów medycznych, w procesie przygotowywania żywności czy oczyszczania wody.
Większość pary na potrzeby przemysłu produkowana jest w olbrzymich boilerach. Nowy wynalazek pozwoli na jej efektywną produkcję w znacznie mniejszych instalacjach. Nowa technologia powstała właśnie z myślą o takich zastosowaniach. Studenci Halas już zaprezentowali autoklaw, który dzięki energii Słońca sterylizuje narzędzia chirurgiczne. Urządzenie przyda się tam, gdzie nie ma dostępu do elektryczności. Halas otrzymała też grant przyznany w ramach programu Grand Challenges Fundacji Billa i Melindy Gatesów. Pieniądze zostaną przeznaczone na stworzenie ultrakompaktowego systemu odkażania ludzkich odchodów, który ma trafić w te regiony świata, gdzie nie ma elektyczności i systemu kanalizacji.
Para słoneczna jest istotna dzięki swojej wydajności. Do jej wykorzystania nie potrzebujemy hektarów luster czy paneli słonecznych. Instalacja może być bardzo mała. W naszym autoklawie okienko, przez które wpada światło, ma zaledwie kilka centymetrów kwadratowych - stwierdziła Oara Neumann, współautorka badań.
Nowa technologia znajdzie też zastosowanie w hybrydowych systemach klimatyzacji i ogrzewania. Uczeni przeprowadzili również eksperymenty nad destylacją i stwierdzili, że "para słoneczna" jest 2,5-krotnie bardziej efektywna niż obecnie stosowane kolumny destylacyjne.
Profesor Naomi Halas jest jednym z najbardziej znanych współczesnych chemików. Wraz z zespołem specjalizuje się w tworzeniu i badaniu cząstek aktywowanych światłem. Wśród jej osiągnięć warto wymienić stworzenie złotych nanosfer, które są obecnie testowane pod kątem zwalczania nowotworów.
Na potrzeby "słonecznej pary" Halas i Neumann stworzyły nanocząstki, które reagują na jak najszersze spektrum światła słonecznego - zarówno widzialne jak i niewidzialne. Nie zmieniamy praw termodynamiki. Po prostu gotujemy wodę w inny sposób - podkreśla uczona.
Komentarze (4)
lester, 20 listopada 2012, 01:39
"boilery" w tekście to zwykłe kotły i tak są w przemyśle nazywane, ale do rzeczy.
teoretyczna granica sprawności dla jednowarstwowych monokrystalicznych ogniw krzemowych to 33.7% (granica Shockley'a–Queisser'a), nowoczesne ogniwa tego typu będące w produkcji osiągają obecnie 22%. przeciętne ogniwa (mono- i multikrystaliczne) to 13-17%, a więc wspomniane 24% to raptem połowa więcej a nie drugie tyle (chyba że porównują do taniej chińszyzny z "odpadowego" krzemu). teoretycznie z nieskończonego stosu takich ogniw da się wycisnąć 68%, w praktyce rok temu Sharp stworzył trójwarstwowe ogniwo o sprawności 36.9% http://phys.org/news...ds-highest.html - to około 70% możliwości dla ogniw z trzech wartsw.
jeśli dobrze myślę, to chodzi o zwykłą destylację wody, a ta w żadnym wypadku nie nadaje się do ciągłego spożywania bez ponownej mineralizacji.
para wodna nie produkuje energii - jest wykorzystywana jako nośnik energii. powodów jest kilka - bardzo duża gęstość energii (około 2600 kJ/kg + ~1% na każdy bar powyżej ciśnienia normalnego), prostota i dobrze opanowana technologia jej produkcji i przesyłu, kontakt z produktem nie powoduje jego skażenia, względna taniość. chyba że rzeczywiście chodzi o produkcję energii, ale wtedy ich nano system raczej nie ma zbytniego pola do popisu, bo znowu - para jest tylko nośnikiem energii uwolnionej w jakimś procesie (chemicznym lub rozpadu) i jednocześnie czynnikiem roboczym w turbinach parowych produkujących prąd. za to ciśnienia robocze kształtują się w przedziale 60-100 bar (w przybliżeniu 1 bar ≈ 1 atm.)
perpetuum mobile czy jak? fizyki nie przeskoczą. a niby skąd weźmie się ta energia do wytworzenia pary jak nie z hektarów luster? z lusterka w puderniczce pani Oara Neumann?
to "para słoneczna różni" się od zwykłej pary, np. z czajnika? zalatuje ezoteryką. co stoi na przeszkodzie by do ich magicznej kolumny destylacyjnej wpuścić zwykłą parę z konwencjonalnego kociołka (gazowego lub na ropę/mazut) lub nawet (o zgrozo) z elektrycznej wytwornicy pary?
no tu akurat mogę się zgodzić. dzięki tym nanocząsteczkom są w stanie zagospodarować minimalne ilości energii do produkcji pary - w bardzo małej skali. niestety nie ma bezpośredniego linka do artykułu, ani filmu jak to wygląda w praktyce. ale wydaje mi się, że jeśli produkują parę w całej objętości, to wraz ze zwiększaniem skali okaże się, że grzeją wodę światłem - para zanim wydostanie się na powierzchnię odda energię otaczającej wodzie i ulegnie skropleniu. co prawda nic w naturze nie ginie, więc z czasem osiągnięta zostanie równowaga ale to już nie będzie zimna woda. i jeszcze jedno chodzi mi o głowie - o jakich ciśnieniach mówimy? standardowe autoklawy pracują w 121oC (1 atm. nadciśnienia) lub w 134oC (2 atm. nadciśnienia), a tutaj para ma najwyraźniej temperaturę pokojową lub nieznacznie przekraczającą temperaturę wody z której jest produkowana i może się okazać, że nawet miski ryżu na tym nie ugotują.
martwi mnie jeszcze jedna kwestia - nanocząsteczki. zaśmiecenie środowiska takimi strukturami może się okazać bardzo kłopotliwe i to z czym dzisiaj się borykamy to zaledwie przedsmak tego, co może nas czekać. zarówno pod względem konsekwencji zdrowotnych jak i kłopotów z eliminacją ich ze środowiska.
i przepraszam za posta dłuższego niż artykuł...
whiteresource, 20 listopada 2012, 09:51
Po co te wywody? przeciez w notatce nie podano zadnych szczegółów, a ty sobie tylko używasz:/. Skąd wiesz, może ten wynalazek rzeczywiście zrewolucjonizuje nasze życie? Ja przypuszczam, że są na to duże szanse.
Jajcenty, 20 listopada 2012, 10:04
w tekście można znaleźć:
Celna uwaga co do ochrony środowiska. Niech się te nanosie wydostaną na wolność a będzie kłopot, trzeba będzie się przystosować do życia w warunkach wysokiej wilgotności.
lester, 20 listopada 2012, 13:31
whiteresource, za każdym razem jestem pełen podziwu dla potęgi ludzkiego umysłu oraz dla poszczególnych ludzi przesuwających granice poznania i badających rzeczy o których nawet nie śniłem. jednak nie mogę obojętnie znieść, kiedy robi się z igły widły. autorzy próbują przecenić wagę odkrycia mówiąc o zastosowaniach i porównaniach w których najwyraźniej średnio się orientują, albo co gorsza robią to celowo i wybiórczo traktują odniesienia. to już nie nauka tylko tabloid. i co z tego, że w tekście jest tak mało szczegółów, tym gorzej dla nich, bo najwyraźniej trudno im udowodnić coś na konkretnych liczbach. zamiast tego są głównie ogólniki w postaci 2, 2.5 raza lepsze itd. i to nie są wywody, tylko dyskusja tego co przedstawiono.
Jajcenty, widziałem to. i nijak mi się nie kalkuluje. natężenie światła słonecznego można przyjąć na poziomie 1 kW/m2 , więc kilka (ile?) cm2 o których mowa w tekście to moc poniżej 1W. przy sprawności 24% otrzymujemy moc dostarczaną na produkcję pary około 0,2W.