Солнечное топливо делает два шага вперед

делать

Две независимых исследовательских группы сообщают сегодня в Науке, что они предприняли ключевые шаги к использованию энергии в солнечном свете для синтезирования химического топлива. Если новая работа может быть улучшена, ученые могли бы использовать самый богатый источник Земли возобновляемой энергии для включения всего от технических растений до автомобилей и грузовиков, не генерируя дополнительных парниковых газов.Сегодня, люди потребляют среднее число 15 триллионов ватт энергии, 85% которой прибывают из горения ископаемого топлива, такого как нефть, уголь и природный газ.

То крупное потребление ископаемого топлива производит некоторые противные побочные эффекты, включая изменение климата, подкисленные океаны и разливы нефти. Эти проблемы, вероятно, станут намного хуже в ближайшие годы, поскольку глобальное использование энергии, как ожидают, по крайней мере, удвоится к 2050.Возобновимые источники энергии, такие как солнечная гелиотехника и ветряные двигатели, стремятся заполнять это требование, и они делают устойчивые успехи при обеспечении электричества по еще более дешевым затратам.

Но электричество имеет ключевой недостаток как энергоносителя. Трудно сохранить в больших количествах, что означает, что это не может использоваться для большей части тяжелой промышленности и приложений транспортировки, таких как летающие самолеты или ведущий тяжелые грузовики. Таким образом, исследователи долго стремились использовать энергию в солнечном свете для генерации богатого энергией химического топлива, такого как водородный газ, метан и бензин, который может быть сожжен в любое время где угодно. И хотя они продемонстрировали, что эта цель возможна, средства для того, чтобы сделать, так были неэффективными и дорогими.

Это — то, где новые трансгрессии входят. В первом исследователи во главе с Даниэлем Носерой, химиком в Массачусетском технологическом институте в Кембридже, сообщают, что они создали «искусственный лист» из дешевых, богатых материалов, который разделяет воду на молекулярный водород (H2) и кислород (O2), несколько подобный способу, которым растения выполняют первый шаг в фотосинтезе. Лист состоит из тонкой, плоской, слойной на трех кремниевой солнечной батареи с катализаторами, соединенными с обоими лицами кремния.

Когда помещено в мензурку воды и выставленный солнечному свету, кремний абсорбирует фотоны солнечного света, генерируя электроны с достаточным количеством энергии провести через кремний.Процесс оставляет позади положительно наполненные электронные вакансии, названные «отверстиями», которые могут также переместиться через материал.

Отверстия мигрируют к содержащему кобальт катализатору, подрисовал одну поверхность кремниевой клетки, где они раздевают электроны от молекул воды, ломая их в водородные ионы (H +), и атомы кислорода. Катализатор тогда пришивает пары oxygens для создания O2.

Между тем H + ионы мигрируют к другому катализатору на противоположной поверхности кремниевой клетки, где они объединяются с проведением электронов для создания молекул H2. В принципе H2 может тогда быть сохранен и или сожжен или пробежаться топливный элемент для генерации электричества.Во втором исследовании, бригаде во главе с химиками Ричардом Мэселем Материалов Диоксида в Равнине, Иллинойс, и Поле Кенисе Равнины Урбаны Университета Иллинойса, сообщает, что они придумали более энергосберегающий подход к преобразованию двуокиси углерода (CO2) в моноксид углерода (CO), первый шаг к созданию газового топлива.

Другие исследователи работали в течение многих десятилетий для создания катализаторов и правильных условий реакции выполнить эту конверсию. Но преобразование CO2 к CO всегда требовало, чтобы применение больших электрических напряжений к CO2 внесло изменение.

То избыточное напряжение является энергетической потерей, означая, что требуется намного больше энергии сделать CO, чем это может сохранить в его химических связях.Но Masel, Kenis и коллеги нашли, что, когда они используют тип раствора для CO2 в их установке, названной ионной жидкостью, это уменьшает дополнительное напряжение, необходимое приблизительно 10-кратный. Ионические жидкости являются жидкими солями, владеющими мастерством стабилизации составов, таких как CO2, когда им дают дополнительный отрицательный заряд, первый шаг в преобразовании CO2 к CO.

И исследователи Иллинойса подозревают, что эта добавленная стабильность уменьшает потребность в применении внешней нагрузки, чтобы сделать работу.«Эти бумаги являются хорошими трансгрессиями», говорит Даниэль Дюбуа, химик в Тихоокеанской Северо-западной Национальной Лаборатории в Ричленде, Вашингтон, кто работает над катализаторами и для разделяющий воду и для перевозбуждающий CO2. Но он предостерегает, что ни один не решает все их соответствующие проблемы.

Формирующий кислород катализатор в искусственном листе, например, остается медленным, говорит Дюбуа. И эффективность полного листа составляет только 4,7% самое большее, и всего 2,3% в его большей части самого простого дизайна. Катализатор в системе CO2 еще медленнее.

Но Дюбуа говорит, что, потому что у других исследователей в области теперь есть польза примеры систем, работающих, они могут теперь сосредоточиться на проектировании улучшенных катализаторов для ускорения их.


5 комментариев

Добавить комментарий