Znajdź zawartość

O tym, że obecne w atmosferze pyły mają wpływ na powstawanie opadów atmosferycznych, wiadomo od dawna. Próbowano również tę wiedzę wykorzystać praktycznie do wywoływania deszczu i neutralizacji chmur burzowych. Niestety, wiedza ta była skąpa i niepewna a próby praktycznego wykorzystania mało efektywne. Wyniki szeroko zakrojonych, czternastoletnich badań finansowanych przez Departament Energii USA pozwoliły na dokładne określenie związku pomiędzy rozmiarem drobin a prawdopodobieństwem wywołania opadów. Drobiny unoszące się w atmosferze (a dokładniej troposferze) - pyły przemysłowe, mikroskopijne ziarnka piasku, pyłki roślin, etc - służą za jądra kondensacji, czyli ośrodki tworzenia się kropel wody i kryształków lodu. Ponieważ to zjawisko kondensacji odpowiedzialne jest za opady atmosferyczne, znaczenia zwykłego „kurzu" nie można przecenić. Stąd taki rozmach i fundusze stojące za badaniami wykonanymi w Pacific Northwest National Laboratory (PNNL, państwowe laboratoria należące do Departamentu Energii). Przez czternaście lat pobierano próbki atmosfery w terenie (wliczając w to użycie samolotów) w wielu punktach globu i różnych klimatach, od południowoamerykańskich lasów deszczowych po krąg polarny. Danych cyfrowych funkcjonowania jąder kondensacji dostarczyła specjalna komora badawcza (Continuous Flow Diffusion Chamber) na Colorado State University. Efektem jest nowa, sto razy pewniejsza i bardziej precyzyjna, metoda przewidywania ilości jąder kondensacji w chmurach w różnych warunkach: temperatury, wilgotności, w zależności od emisji różnego rodzaju pyłów z powierzchni ziemi. W prowadzonych dawniej obliczeniach zakładano aż dziesięciokrotnie zawyżoną liczbę drobin o średnicy powyżej 0,5 µm, związanych z ilością jąder kondensacji. Opracowane na podstawie tych danych nowe modele pozwolą na lepsze przewidywanie pogody i zrozumienie funkcjonowania klimatu. Trwają badania prowadzone wspólne z biologami, mające skatalogować źródła emisji pyłowych: pyłki roślin, drobiny gleby wywiewane przez wiatry, ich rozmiar w zależności od miejsca, pory roku, itd. Nowo założone w PNNL Laboratorium Pomiarów Atmosferycznych (Atmospheric Measurement Laboratory), wyposażone w nowoczesną komorę do badań zjawiska kondensacji pozwoli zbadać kondensację na sztucznych chmurach i na drobinach różnego pochodzenia w kontrolowanych warunkach.

Zespół doktora Willa Castelmana z Pacific Northwest National Laboratory odkrył grupy atomów, które naśladują właściwości innych pierwiastków. Naukowcy nazwali te grupy "superatomami". Zachowują się one jak pojedyncze atomy innych pierwiastków. Superatomy mogą posłużyć do tworzenia nowych materiałów, które będą tańszymi i skuteczniejszymi katalizatorami w procesach chemicznych. Castelman wraz z zespołem wykazali, że pewne kombinacje atomów charakteryzują się takim ustawieniem elektronów, które imituje ustawienie innych pierwiastków. Dowiedziono przy okazji, że by przewidzieć, jakie pierwiastki mogą się naśladować, wystarczy rzucić okiem na tablicę okresową. Pracę rozpoczęliśmy z tlenkiem tytanu i zauważyliśmy, że TiO jest izoelektronowy (czyli ma bardzo podobną konfiguracją elektroniczną) z niklem. Zdziwiło nas to, ponieważ TiO zachowywał się jak nikiel. Myśleliśmy, że to przypadek - mówi Castelman. Uczeni postanowiliśmy przyjrzeć się innym materiałom i odkryli, że tlenek cyrkonu jest izolelektronikiem do palladu, podobnie zresztą jak węglik wolframu. Okazało się też, że wystarczy tablica okresowa i nieco arytmetyki, by określić, jak będzie wyglądało podobieństwo pierwiastków. Na przykład tytan ma cztery elektrony na zewnętrznej powłoce, a tlen atomowy ma ich sześć. Wystarczy zatem w tablicy okresowej obliczyć sześć pierwiastków w prawo od tytanu, by trafić na nikiel, który jest izoelektronowy do tlenku tytanu. Na razie schemat ten sprawdził się w przypadku niektórych metali przejściowych. Nie wiadomo, czy jest on ważny dla całej tablicy. Można zadać sobie pytanie, po co szukać zastępników dla istniejących materiałów. Odpowiedzią może być np. cena. Pallad, który jest katalizatorem w silnikach odrzutowych kosztuje 100 USD za gram. Tlenek cyrkonu, który może go zastąpić, kosztuje 0,02 USD za gram. Jest zatem 5000 razy tańszy. Inny powód to chęć uzyskania jakiegoś materiału o właściwościach innych niż typowe dla niego.

Naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory opracowali nową metodę pozyskiwania energii ze źródeł geotermalnych o niskich temperaturach. Pozwala ona na uzyskanie znacznie większej ilości energii niż dotychczas. Celem PNNL jest stworzenie ekonomicznie opłacalnego sposobu wytwarzania czystej ekologicznie energii. Do końca bieżącego roku ma zostać uruchomiona prototypowa instalacja badawcza. Analizy techniczne i ekonomiczne przeprowadzone przez MIT wykazały, że udoskonalone systemy geotermalne mogą do 2050 roku dostarczać 10% energii zużywanej w USA. Pomysł naukowców z PNNL polega na wykorzystaniu właściwości opracowanego przez nich specjalnego płynu dwufazowego (zawierającego fazy płynną i gazową). Płyn ten jest w stanie szybko kurczyć się i rozszerzać. W prototypowej instalacji będzie on podgrzewany za pomocą ciepła z wody krążącej wśród umiarkowanie gorących podziemnych skał. Ruch płynu napędzi turbinę generującą elektryczność. Efektywność całego systemu jest podobna do efektywności tradycyjnego systemu wytwarzania energii z turbiny napędzanej parą. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu najnowszych zdobyczy nanotechnologii, które pozwoliły na wyprodukowanie bardzo wydajnych metalowo-organicznych przekaźników energii (MOHC - metal-organic heat carrier) i umieszczenie ich w płynie dwufazowym, przez co znacząco poprawiono jego właściwości termodynamiczne.