Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Nowy sposób produkcji energii elektrycznej
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Na MIT powstały ogniwa fotowoltaiczne cieńsze od ludzkiego włosa, które na kilogram własnej masy wytwarzają 18-krotnie więcej energii niż ogniwa ze szkła i krzemu. Jeśli uda się skalować tę technologię, może mieć do olbrzymi wpływ produkcję energii w wielu krajach. Jak zwraca uwagę profesor Vladimir Bulivić z MIT, w USA są setki tysięcy magazynów o olbrzymiej powierzchni dachów, jednak to lekkie konstrukcje, które nie wytrzymałyby obciążenia współczesnymi ogniwami. Jeśli będziemy mieli lekkie ogniwa, te dachy można by bardzo szybko wykorzystać do produkcji energii, mówi uczony. Jego zdaniem, pewnego dnia będzie można kupić ogniwa w rolce i rozwinąć je na dachu jak dywan.
Cienkimi ogniwami fotowoltaicznymi można by również pokrywać żagle jednostek pływających, namioty, skrzydła dronów. Będą one szczególnie przydatne w oddalonych od ludzkich siedzib terenach oraz podczas akcji ratunkowych.
To właśnie duża masa jest jedną z przyczyn ograniczających zastosowanie ogniw fotowoltaicznych. Obecnie istnieją cienkie ogniwa, ale muszą być one montowane na szkle. Dlatego wielu naukowców pracuje nad cienkimi, lekkimi i elastycznymi ogniwami, które można będzie nanosić na dowolną powierzchnię.
Naukowcy z MIT pokryli plastik warstwą parylenu. To izolujący polimer, chroniący przed wilgocią i korozją chemiczną. Na wierzchu za pomocą tuszów o różnym składzie nałożyli warstwy ogniw słonecznych i grubości 2-3 mikrometrów. W warstwie konwertującej światło w elektryczność wykorzystali organiczny półprzewodnik. Elektrody zbudowali ze srebrnych nanokabli i przewodzącego polimeru. Profesor Bulović mówi, że można by użyć perowskitów, które zapewniają większą wydajność ogniwa, ale ulegają degradacji pod wpływem wilgoci i tlenu. Następnie krawędzie tak przygotowanego ogniwa pomarowano klejem i nałożono na komercyjnie dostępną wytrzymałą tkaninę. Następnie plastik oderwano od tkaniny, a na tkaninie pozostały naniesione ogniwa. Całość waży 0,1 kg/m2, a gęstość mocy tak przygotowanego ogniwa wynosi 370 W/kg. Profesor Bulović zapewnia, że proces produkcji można z łatwością skalować.
Teraz naukowcy z MIT planują przeprowadzenie intensywnych testów oraz opracowanie warstwy ochronnej, która zapewni pracę ogniw przez lata. Zdaniem uczonego już w tej chwili takie ogniwo mogłoby pracować co najmniej 1 lub 2 lata. Po zastosowaniu warstwy ochronnej wytrzyma 5 do 10 lat.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowe z MIT odkryli sposób na pozyskiwanie energii elektrycznej dzięki niewielkim kawałkom węgla, które wytwarzają prąd poprzez interakcję z płynem, który je otacza. Płyn ten to organiczny rozpuszczalnik, który wyciąga elektrony z węgla, a pozyskaną w ten sposób energią można by zasilać reakcje chemiczne czy napędzać mikro- i nanoroboty – stwierdzają naukowcy.
To zupełnie nowy mechanizm pozyskiwania energii, mówi profesor Michael Strano. To bardzo intrygująca technologia, gdyż jedyne, czego potrzebujemy to przepływ rozpuszczalnika przez warstwę tych cząsteczek. Możemy więc mieć elektrochemię bez kabli, dodaje.
Podczas eksperymentów naukowcy wykazali, że mogą użyć pozyskaną w ten sposób energię elektryczną podczas procesu utleniania alkoholu, który jest powszechnie używany w przemyśle chemicznym.
Odkrycia dokonano dzięki wcześniejszym badaniom nad węglowymi nanorurkami. W 2010 roku Strano odkrył istnienie w nanorurkach zjawiska, które nazwano „falami termomocy”. Później wraz ze studentami zauważyli, że gdy część nanorurki zostanie pokryta polimerem podobnym do teflonu, pojawia się asymetria, która powoduje, że elektrony przepływają od pokrytej do niepokrytej części nanorurki, wytwarzając energię elektryczną. Elektrony te można było pozyskać z nanorurek za pomocą rozpuszczalnika.
Naukowcy postanowili więc przeprowadzić kolejne badania. Zmielili węglowe nanorurki i utworzyli z nich płachty. Jedną stronę każdej z nich pokryli polimerem. Płachty następnie pocięto na kawałki o wymiarach 250x250 mikrometrów.
Okazało się, że gdy takie fragmenty zostaną zanurzone w rozpuszczalniku organicznym jak acetonitryl, ten wyciąga z nich elektrony. Rozpuszczalnik wyciąga elektrony, a system próbuje osiągnąć równowagę przemieszczając je. Tam nie ma tej całej skomplikowanej chemii akumulatorów. Są tylko tylko kawałeczki umieszczone w rozpuszczalniku i z tego mamy elektryczność, wyjaśnia Strano.
Obecny system pozwala na generowanie 0,7 wolta na cząsteczkę. Naukowcy wykazali, że są w stanie umieścić w próbówce macierze złożone z setek cząsteczek węgla. Taki reaktor wytwarza wystarczająco dużo energii, by zasilać reakcję utleniania alkoholu, podczas którego alkohol zamieniany jest w aldehyd lub keton.
Zwykle do tego typu reakcji nie używa się procesów elektrochemicznych, gdyż wymagają one dostarczenia zbyt dużo energii z zewnątrz. Jako, że ten reaktor jest bardzo kompaktowy, jest też znacznie bardziej elastyczny niż wielkie reaktory elektrochemiczne. Użyte tutaj cząstki mogą być bardzo małe i nie wymagają zewnętrznego okablowania do przeprowadzenia reakcji elektrochemicznej, mówi jeden z autorów badań.
Strano ma zamiar wykorzystać swój reaktor do wytwarzania polimerów wykorzystując w tym celu wyłącznie dwutlenek węgla jako materiał startowy. Już wcześniej stworzy samonaprawiające się polimery z dwutlenku węgla, która naprawiają się wykorzystując w tym celu energię słoneczną.
W dłuższej perspektywie nowy sposób pozyskiwania energii może zostać wykorzystany do zasilania miniaturowych robotów. Perspektywa pozyskiwania przez takie urządzenia energii z otoczenia jest niezwykle kusząca. To oznacza, że nie trzeba wyposażać je w żaden mechanizm przechowywania energii. Szukamy mechanizmu, za pomocą którego przynajmniej część energii można pozyskać z otoczenia, wyjaśnia uczony.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Fizycy z MIT opracowali kwantowy „ściskacz światła”, który redukuje szum kwantowy w laserach o 15%. To pierwszy taki system, który pracuje w temperaturze pokojowej. Dzięki temu możliwe będzie wyprodukowanie niewielkich przenośnych systemów, które będzie można dobudowywać do zestawów eksperymentalnych i przeprowadzać niezwykle precyzyjne pomiary laserowe tam, gdzie szum kwantowy jest obecnie poważnym ograniczeniem.
Sercem nowego urządzenia jest niewielka wnęka optyczna znajdująca się w komorze próżniowej. We wnęce umieszczono dwa lustra, z których średnia jednego jest mniejsza niż średnica ludzkiego włosa. Większe lustro jest zamontowane na sztywno, mniejsze zaś znajduje się na ruchomym wsporniku przypominającym sprężynę. I to właśnie kształt i budowa tego drugiego, nanomechanicznego, lustra jest kluczem do pracy całości w temperaturze pokojowej. Wpadające do wnęki światło lasera odbija się pomiędzy lustrami. Powoduje ono, że mniejsze z luster, to na wsporniku zaczyna poruszać się w przód i w tył. Dzięki temu naukowcy mogą odpowiednio dobrać właściwości kwantowe promienia wychodzącego z wnęki.
Światło lasera opuszczające wnękę zostaje ściśnięte, co pozwala na dokonywanie bardziej precyzyjnych pomiarów, które mogą przydać się w obliczeniach kwantowych, kryptologii czy przy wykrywaniu fal grawitacyjnych.
Najważniejszą cechą tego systemu jest to, że działa on w temperaturze pokojowej, a mimo to wciąż pozwala na dobieranie parametrów z dziedziny mechaniki kwantowej. To całkowicie zmienia reguły gry, gdyż teraz będzie można wykorzystać taki system nie tylko w naszym laboratorium, które posiada wielkie systemy kriogeniczne, ale w laboratoriach na całym świecie, mówi profesor Nergis Mavalvala, dyrektor wydziału fizyki w MIT.
Lasery emitują uporządkowany strumień fotonów. Jednak w tym uporządkowaniu fotony mają pewną swobodę. Przez to pojawiają się kwantowe fluktuacje, tworzące niepożądany szum. Na przykład liczba fotonów, które w danym momencie docierają do celu, nie jest stała, a zmienia się wokół pewnej średniej w sposób, który jest trudny do przewidzenia. Również czas dotarcia konkretnych fotonów do celu nie jest stały.
Obie te wartości, liczba fotonów i czas ich dotarcia do celu, decydują o tym, na ile precyzyjne są pomiary dokonywane za pomocą lasera. A z zasady nieoznaczoności Heisenberga wynika, że nie jest możliwe jednoczesne zmierzenie pozycji (czasu) i pędu (liczby) fotonów.
Naukowcy próbują radzić sobie z tym problemem poprzez tzw. kwantowe ściskanie. To teoretyczne założenie, że niepewność we właściwościach kwantowych lasera można przedstawić za pomocą teoretycznego okręgu. Idealny okrąg reprezentuje równą niepewność w stosunku do obu właściwości (czasu i liczby fotonów). Elipsa, czyli okrąg ściśnięty, oznacza, że dla jednej z właściwości niepewność jest mniejsza, dla drugiej większa.
Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy realizują kwantowe ściskanie są systemy optomechaniczne, które wykorzystują lustra poruszające się pod wpływem światła lasera. Odpowiednio dobierając właściwości takich systemów naukowcy są w stanie ustanowić korelację pomiędzy obiema właściwościami kwantowymi, a co za tym idzie, zmniejszyć niepewność pomiaru i zredukować szum kwantowy.
Dotychczas optomechaniczne ściskanie wymagało wielkich instalacji i warunków kriogenicznych. Działo się tak, gdyż w temperaturze pokojowej energia termiczna otaczająca system mogła mieć wpływ na jego działanie i wprowadzała szum termiczny, który był silniejszy od szumu kwantowego, jaki próbowano redukować. Dlatego też takie systemy pracowały w temperaturze zaledwie 10 kelwinów (-263,15 stopni Celsjusza). Tam gdzie potrzebna jest kriogenika, nie ma mowy o niewielkim przenośnym systemie. Jeśli bowiem urządzenie może pracować tylko w wielkiej zamrażarce, to nie możesz go z niej wyjąć i uruchomić poza nią, wyjaśnia Mavalvala.
Dlatego też zespół z MIT pracujący pod kierunkiem Nancy Aggarval, postanowił zbudować system optomechaczniczny z ruchomym lustrem wykonanym z materiałów, które absorbują minimalne ilości energii cieplnej po to, by nie trzeba było takiego systemu chłodzić. Uczeni stworzyli bardzo małe lustro o średnicy 70 mikrometrów. Zbudowano je z naprzemiennie ułożonych warstw arsenku galu i arsenku galowo-aluminowego. Oba te materiały mają wysoce uporządkowaną strukturę atomową, która zapobiega utratom ciepła. Materiały nieuporządkowane łatwo tracą energię, gdyż w ich strukturze znajduje się wiele miejsc, gdzie elektrony mogą się odbijać i zderzać. W bardziej uporządkowanych materiałach jest mniej takich miejsc, wyjaśnia Aggarwal.
Wspomniane wielowarstwowe lustro zawieszono na wsporniku o długości 55 mikrometrów. Całości nadano taki kształt, by absorbowała jak najmniej energii termicznej. System przetestowano na Louisiana State University. Dzięki niemu naukowcy byli w stanie określić kwantowe fluktuacje liczby fotonów względem czasu ich przybycia do lustra. Pozwoliło im to na zredukowanie szumu o 15% i uzyskanie bardziej precyzyjnego „ściśniętego” promienia.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy w historii USA źródła odnawialne przez ponad miesiąc dostarczyły więcej energii elektrycznej niż elektrownie węglowe. Stan taki trwał przez 47 dni bez przerwy. To imponujące osiągnięcie. Dość wspomnieć, że poprzedni rekord – ustanowiony w czerwcu ubiegłego roku – wynosił 9 dni bez przerwy. Te 47 dni to również więcej niż w całym ubiegłym roku, kiedy to źródła odnawialne miały przewagę nad węglem przez 38 dni.
Jak poinformował Institute for Energy Economics and Financial Analysis (IEEFA), pomiędzy 25 marca a 10 maja do amerykańskiej sieci energetycznej trafiało więcej energii ze źródeł odnawialnych niż z węgla. Trzeba tutaj dodać, że na 10 maja zakończono analizę. "Prawdopodobnie pod koniec maja podamy wyniki nowej analizy, więc okres ten będzie jeszcze dłuższy", mówi analityk Dennis Wamsted. Podano też konkretne liczy. W całym kwietniu elektrownie wiatrowe, słoneczne i wodne dostarczyły 58,7 TWh (22,2% całości energii), podczas gdy elektrownie węglowe wyprodukowały 40,6 TWh (15,3%). Jak mówi Wamsted, rzeczywista różnica jest jeszcze większa, gdyż w analizie nie są uwzględniane panele słoneczne umieszczone na dachach budynków. A one również są wielkim źródłem energii.
Jak zauważa Brian Murray, dyrektor Duke Univeristy Energy Initiative, zaobserwowane zjawisko nie jest dla specjalistów zaskoczeniem. Po raz pierwszy miało ono miejsce w ubiegłym roku, również w kwietniu. Ma ono kilka przyczyn. Po pierwsze kwiecień jest miesiącem, gdy kończy się sezon grzewczy, a jeszcze nie pojawia się zapotrzebowanie na energię do klimatyzacji. W tym czasie popyt na energię elektryczną jest najmniejszy, więc wiele elektrowni węglowych obniża moc i przeprowadza prace konserwatorskie. Po drugie wiosna to największej produkcji energii z elektrowni wiatrowych oraz hydroelektrowni. Topnieją śniegi, więc sporo wody trafia do rzek i zbiorników. Normalnie spodziewalibyśmy się latem zwiększenia produkcji energii z węgla. Jednak sądzę, że w tym roku do tego nie dojdzie. Jedną z przyczyn jest koronawirus, mówi Murray.
Ocenia się, że w związku z epidemią i spowolnieniem gospodarczym w całym bieżącym roku zapotrzebowanie na energię elektryczną w USA zmniejszy się o 5% w porównaniu z rokiem ubiegłym. To spowoduje spadek produkcji energii z węgla o 25%. Spodziewany jest za to 11-procentowy wzrost produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Ma to miejsce w dużej mierze z tym, w jaki sposób energia jest przesyłana sieciami. Jako, że przesyłanie energii ze źródeł odnawialnych jest najtańsze najpierw to ona trafia do sieci, później wysyłana jest energia z elektrowni atomowych, następnie z elektrowni gazowych, a węgiel dostarcza energii na samym końcu.
Niezależnie jednak od tegorocznej wyjątkowej sytuacji, od dekady obserwowany jest stały wzrost rynkowych udziałów energetyki odnawialnej i stały spadek energetyki węglowej. Przeciętna amerykańska elektrownia węglowa liczy sobie 40 lat. Starzejące się, mało wydajne zakłady coraz gorzej radzą sobie z nowoczesnymi elektrowniami produkującymi coraz tańszą energię ze źródeł odnawialnych. Jeszcze 10 lat temu przeciętna elektrownia węglowa pracowała na 67% swojej mocy. Obecnie pracuje na 48%.
Analitycy spodziewają się też, że w ciągu najbliższych 5 lat produkcja energii elektrycznej w węgla spadnie w USA do 2/3 poziomu z roku 2014. Elektrownie węglowe będą produkowały o 90 GW mniej niż obecnie. A to bez uwzględnienia zmian w polityce energetycznej, która w przyszłości jeszcze bardziej wzmocni pozycję energetyki odnawialnej. Już teraz ponad 1/3 obywateli USA mieszka w miastach czy stanach, które postawiły sobie za cel przejście w 100 procentach na energetykę odnawialną, mówi Mike O'Boyle, dyrektor w think-tanku Energy Innovation.
Cały świat powoli odchodzi od węgla. W ubiegłym roku światowe zużycie energii z węgla spadło o 3%, to najwięcej od niemal 40 lat. W Europie spadek ten wyniósł aż 24%. Niedawno Szwecja i Austria zamknęły swoje ostatnie elektrownie węglowe, a Wielka Brytania obeszła się bez produkcji energii z węgla przez 35 kolejnych dni. Taka sytuacja nie miała miejsca od czasów rewolucji przemysłowej. Również dwaj najwięksi na świecie konsumenci węgla – Chiny i Indie – inwestują w energetykę odnawialną. Chiny są rekordzistą pod względem ilości energii produkowanej ze źródeł odnawialnych. Z kolei Indie zapowiadają, że do roku 2022 z samych tylko źródeł fotowoltaicznych będą pozyskiwały 100 GW.
Obecnie źródła odnawialne zaspokajają około 30% światowego popytu na energię elektryczną. Specjaliści szacują, że do roku 2050 odsetek ten wzrośnie do 50%.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podczas Fifth International Symposium on Networks-on-Chip 2011 specjaliści z MIT-u zdobyli nagrodę za najlepsze opracowanie naukowe symulatora układu scalonego. Ich program Hornet modeluje działanie wielordzeniowego procesora znacznie lepiej niż inne tego typu oprogramowanie. Potrafił znaleźć w oprogramowaniu błędy, których inne symulatory nie zauważyły.
Teraz Hornet został znakomicie udoskonalony i wyposażony w nowe funkcje. Jego nowa wersja potrafi symulować zużycie energii, komunikację między rdzeniami, interakcję pomiędzy CPU a pamięcią oraz obliczyć czas potrzebny na wykonanie poszczególnych zadań.
Symulatory są niezwykle ważne dla firm produkujących układy scalone. Zanim przystąpi się do produkcji kości przeprowadzane są liczne testy ich działania na symulatorach.
Dotychczasowe symulatory przedkładały szybkość pracy nad dokładność. Nowy Hornet pracuje znacznie wolniej niż jego starsze wersje, jednak dzięki temu pozwala na symulowanie 1000-rdzeniowego procesora z dokładnością do pojedynczego cyklu. Hornet jest nam w stanie wyliczyć, że ukończenie konkretnego zadania będzie np. wymagało 1.223.392 cykli - mówi Myong Cho, doktorant z MIT-u.
Przewaga Horneta nad konkurencją polega też na tym, że inne symulatory dobrze oceniają ogólną wydajność układu, mogą jednak pominąć rzadko występujące błędy. Hornet daje większą szansę, że zostaną one wyłapane.
Podczas prezentacji Cho, jego promotor profesor Srini Devadas i inni studenci symulowali na Hornecie sytuację, w której wielordzeniowy procesor korzysta z nowej obiecującej techniki przetwarzania danych pacjentów. Hornet zauważył, że niesie ona ze sobą ryzyko wystąpienia zakleszczenia, czyli sytuacji, w której różne rdzenie, aby zakończyć prowadzone obliczenia, czekają nawzajem na dane od siebie. Powoduje to, że zadania nie mogą być zakończone, gdyż rdzenie nawzajem siebie blokują. Żaden inny symulator nie zasygnalizował tego problemu. Hornet pozwolił też na przetestowanie zaproponowanego przez naukowców sposobu na uniknięcie zakleszczenia.
Zdaniem jego twórców Hornet, ze względu na swoje powolne działanie, posłuży raczej do symulowania pewnych zadań, a nie działania całych aplikacji. Przyda się zatem tam, gdzie zajdzie potrzeba upewnienia się, czy nie występują żadne nieprawidłowości czy też do statystycznego zbadania możliwości wystąpienia błędów.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.