Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Wyjątkowy producent wodoru
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Wodór, najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie, wciąż potrafi zaskoczyć naukowców. Pomimo dziesięcioleci intensywnych badań i bardzo prostej struktury – w końcu atom wodoru składa się z jednego protonu i jednego elektronu – wiele jego właściwości wciąż pozostaje tajemnicą. Naukowcy z Uniwersytetu Christiana Albrechta w Kilonii i Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf drogą teoretycznych obliczeń zauważyli niespodziewaną właściwość wodoru. W warunkach wysokiego ciśnienia wodór powinien zachowywać się jak roton, kwazicząstka wprowadzona przez Richarda Feynmana na określenie stanów wzbudzonych nadciekłego helu-4.
To niespodziewane zachowanie wodoru przejawia się na przykład niezwykłym rozpraszaniem promieniowania rentgenowskiego w gęstym wodorze. Normalnie promieniowanie rentgenowskie przekazuje energię do elektronów, a transfer energii jest tym większy, im większy jest przekazany pęd. W przeprowadzonych obliczeń wynika jednak, że w gęstym wodorze energia może spadać wraz ze wzrostem transferu pędu.
Zjawisko takie obserwowano dotychczas jedynie w bardzo egzotycznych układach, cieczach Bosego schłodzonych to temperatury bliskiej zeru absolutnemu. Ciecze takie znajdują się w stanie nadciekłym, zachodzą w nich zjawiska kwantowe i nie da się ich opisać na gruncie klasycznej mechaniki. Ta nowa właściwość wodoru jest powodowana przez elektrony, które nie są powiązane z atomami. Jeśli wodór zostanie wzbudzony promieniowaniem rentgenowskim o pewnej długości fali, elektrony mogą zbliżyć się do siebie na niezwykle małą odległość, a nawet tworzyć pary, mimo że zwykle się odpychają, wyjaśniają profesor Michael Bonitz i doktor Tobias Dornheim.
Naukowcy dokładnie wyliczyli, jakie właściwości wodoru powinny zostać zaobserwowane w opisywanych przez warunkach. Teraz fizycy-eksperymentatorzy mogą pokusić się o zweryfikowanie tych obliczeń w praktyce.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Najbardziej pożądana metoda produkcji wodoru – uzyskiwanie go z wody metodą elektrolizy – pochłania dużo energii. Optymalnym rozwiązaniem byłoby używanie energii ze źródeł odnawialnych. Profesor Gang Kevin Li z University of Melbourne zaprezentował metodę produkcji wodoru z powietrza o wilgotności zaledwie 4%. To otwiera drogę do produkcji wodoru w okolicach półsuchych, gdzie istnieje największy potencjał wykorzystania energii odnawialnej, a w których nie ma dostępu do odpowiedniej ilości wody.
Obecnie większość produkowanego wodoru uzyskuje się gazu ziemnego lub węgla. Na całym świecie trwają prace nad bardziej ekologicznymi metodami jego produkcji.
Li i jego zespół postanowili pozyskiwać wodór z powietrza. W każdej chwili w atmosferze znajduje się około 13 bilionów ton wody. Jest ona nawet obecna w środowiskach półsuchych. Naukowcy z Australii uzyskali z powietrza wodór o wysokiej, 99-procentowej, czystości. Ich prototypowa instalacja działała przez 12 dni. W tym czasie udało się średnio pozyskać niemal 750 litrów wodoru dziennie na każdy metr kwadratowy elektrolizera.
Naukowcy najpierw nasączali gąbkę lub piankę elektrolitem absorbującym wodę, a następnie umieszczali ją pomiędzy elektrodami. Woda pozyskana przez elektrolit jest spontanicznie transportowana do elektrod przez siły kapilarne. Na katodzie powstaje wodór, na anodzie tlen. To proces całkowicie pasywny. Nie są potrzebne żadne ruchome części, mówi Li.
Urządzenie testowano zarówno zasilając je samymi panelami słonecznymi, jak i samą niewielką turbiną wiatrową. Działało i w pomieszczeniu i na zewnątrz, a wydajność konwersji energii słonecznej na wodór wynosi 15%.
Jeśli uda się pozyskać fundusze, w przyszłym roku powstanie prototyp o powierzchni elektrod sięgającej 10 m2. Jego twórcy chcą też opracować tańszy i bardziej wydajny elektrolizer.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed dwoma dniami prezydent Biden popisał Inflation Reduction Act, ustawę przewidującą wydatkowanie z federalnego budżetu 437 miliardów dolarów w ciągu najbliższych 10 lat. Przewidziano w niej 370 miliardów USD na energetykę odnawialną i inne technologie niskoemisyjne. Jednak najbardziej interesujące są przepisy dotyczące technologii produkcji wodoru. Z jednej strony dlatego, że przewidziano środki znacznie większe niż spodziewali się analitycy, z drugiej zaś, że przepisy nie wyróżniają żadnej technologii pozyskiwania wodoru. Specjaliści zajmujący się rynkiem wodoru mówią, że dzięki temu w końcu można będzie mówić o początku prawdziwej rewolucji wodorowej. Wodór można przecież wykorzystać zarówno jako paliwo napędzające pojazdy czy statki, jak i do produkcji energii elektrycznej zasilającej nasze domy.
Ustawa przewiduje bowiem, że producenci wodoru mogą pomniejszyć należny państwu podatek, a wielkość tego pomniejszenia będzie zależała wyłącznie od ilości dwutlenku węgla emitowanego podczas produkcji wodoru. I tak producenci wykorzystujący najczystszą obecnie metodę pozyskiwania wodoru, w czasie której na każdy kilogram wodoru emituje się 0,45 kg CO2, będą mogli odpisać 3 USD na każdy wytworzony kilogram wodoru. Dzięki temu wodór taki może być tańszy niż tzw. szary wodór uzyskiwany z gazu metodą reformingu parowego. W metodzie tej na każdy kilogram wodoru emituje się 8–10 kg CO2. Obecnie cena szarego wodoru w USA to około 2 USD/kg. Dlatego też niemal cały wodór – ok. 10 milionów ton rocznie – produkowany w Stanach Zjednoczonych wytwarzany jest tą metodą.
Największym na świecie producentem wodoru są Chiny. Państwo Środka wytwarza 25 milionów ton tego pierwiastka rocznie, z czego aż 62% uzyskuje się z węgla, co wiąże się z emisją 18–20 kg CO2 na kilogram wodoru. Zarówno USA jak i Chiny produkują czysty tzw. zielony wodór uzyskiwany metodą elektrolizy z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii, ale produkcja ta nie przekracza 1% całości. Ten zielony wodór kosztuje bowiem ok. 5 USD/kg. Teraz, dzięki możliwości odpisania 3-dolarowego podatku, stanie się on konkurencyjny cenowo z szarym wodorem.
Amerykanie opracowali też plan dojścia do produkcji zielonego wodoru bez ulg podatkowych. Przepisy przewidują, że do roku 2026 kwota, którą można będzie odpisać od kilograma zielonego wodoru zostanie zmniejszona do 2 USD, a w roku 2031 wyniesie 1 USD.
Przepisy te znacznie przyspieszą transformację wodorową. Specjaliści z National Renewable Energy Laboratory spodziewali się, że cena zielonego wodoru spadnie o trzy dolary do roku 2026. Teraz, dzięki ustawie, spadnie ona natychmiast. Mamy gwałtowne obniżenie kosztów do poziomu, przy którym zielony wodór staje się konkurencyjny, a w wielu miejscach tańszy, od wodoru pozyskiwanego z paliw kopalnych. Stąd też wielkie nadzieje związane z nową ustawą.
Wspomniany odpis podatkowy to tylko jeden z ostatnich kroków na rzecz wodorowej rewolucji. W ubiegłym roku w życie weszła ustawa Infrastructure Investment and Jobs Act, w której przewidziano 8 miliardów USD na stworzenie w USA ośmiu regionalnych „hubów wodorowych” produkujących zielony wodór. W oczekiwaniu na rozdysponowanie tych pieniędzy, co ma nastąpić we wrześniu lub październiku, przedsiębiorstwa zgłosiły 22 projekty potencjalnych hubów.
Wkrótce też ma ruszyć warty 2,65 miliarda USD projekt firm Mitsubishi Power Americas i Magnum Development, w ramach którego zainstalowane zostaną 840-megawatowe turbiny zasilane mieszaniną gazu naturalnego i wodoru, wspierane przez instalację fotowoltaiczną. W miejscu tym 220-megawatowy system elektrolizy będzie wytwarzał wodór. W znajdujących się w pobliżu podziemnych wysadach solnych powstaną zaś magazyny przechowujące do 300 GWh energii w postaci wodoru.
Nowe amerykańskie przepisy powinny znacznie przyspieszyć prace prowadzone chociażby przez Hydrogen Council. To ogólnoświatowa organizacja skupiająca obecnie 132 korporacje pracujące nad technologiami wodorowymi.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Nie tylko nowy gatunek, ale też zupełnie nowy rodzaj - czyli wyższą taksonomicznie jednostkę - cyjanobakterii odkrył zespół naukowców kierowany przez polską badaczkę dr hab. Iwonę Jasser, prof. UW z Wydziału Biologii UW.
Ta niepodobna do żadnego znanego wcześniej gatunku sinica zamieszkuje geotermalne źródło Gór Pamiru Wschodniego (Tadżykistan). Zdaniem jej odkrywców może się ona okazać nie tylko nową linią ewolucyjną sinic, ale także potencjalnym producentem cennych substancji bioaktywnych. Artykuł dotyczący nowego organizmu - oraz innych wyizolowanych ze środowisk geotermalnych na Islandii, w Polsce, Grecji i Tadżykistanie – ukazał się w czasopiśmie Molecular Phylogenetics and Evolution.
Opisane w publikacji wyniki dotyczą badań, prowadzonych przez trzy różne zespoły. Jednym, z Instytutu Biologii Środowiskowej Wydziału Biologii UW, kierowała prof. Jasser, drugim kierował prof. Spyros Gkelis z Uniwersytetu w Salonikach (Grecja), a trzecim – prof. Mikołaj Kokociński z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.
Wszyscy interesowaliśmy się badaniem gorących źródeł, ponieważ wydawało nam się, że mogą one zawierać nowe, ciekawe cyjanobakterie. W moim przypadku zaczęło się od tego, że badając Góry Pamiru Wschodniego przypadkowo natknęłam się na niezwykłe źródło geotermalne: na długości blisko 200 m pokryte było bardzo grubą warstwą zielono-brązowego ’kożucha' – opowiada prof. Jasser. Wyglądał niesamowicie. Uznaliśmy, że na pewno warto zbadać go bliżej, bo musi to być coś niespotykanego.
Fragment owego „kożucha”, który w istocie był matą mikrobialną, naukowcy przywieźli do Polski. Przebadali go mikroskopowo, biochemicznie i molekularnie, a także sprawdzili, jakie organizmy uda się z niego wyizolować. Tak jak podejrzewali, z maty udało się wyizolować cyjanobakterie, które następnie zaczęto hodować w laboratorium.
Hodowla organizmów z takich specyficznych, ekstremalnych środowisk jest bardzo trudna, ponieważ nie jesteśmy w stanie zapewnić im takich warunków, w jakich żyją naturalnie - nawet, jeśli zadbamy o odpowiednio wysoką temperaturę itp. Każda tego typu izolacja i hodowla, którą uda się przeprowadzić, to duży sukces. I właśnie tym razem nam się udało – mówi dr Jasser.
Choć morfologicznie pojedyncze osobniki nie wyglądały szczególnie interesująco czy wyjątkowo, to analizy molekularne (na podstawie DNA) wykazały, że przywiezioną z Tadżykistanu cyjanobakterię bardzo trudno przypasować do którejś z istniejących grup taksonomicznych.
Kiedyś taksonomia sinic opierała się wyłącznie na ich cechach morfologicznych, przede wszystkim kształtach i sposobie organizacji komórek – tłumaczy autorka publikacji. Dzieliliśmy je na sinice nitkowate, kokkalne, nitkowate z heterocytami (wyspecjalizowanymi komórkami do asymilacji azotu z powietrza), nitkowate rozgałęzione, a nawet takie, które tworzą złożone, trójwymiarowe struktury zbudowane z wielu nici. Później okazało się, że w procesie ewolucji, czyli na przestrzeni milionów lat, sinice naprzemiennie traciły i ponownie zyskiwały swoją złożoną, wielokomórkową budowę. Dlatego podział w oparciu o cechy morfologiczne okazał się zupełnie niewystarczający. Dziś wiemy, że pomimo takiego samego wyglądu cyjanobakterie mogą przynależeć do bardzo różnych rzędów. Dopiero analizy DNA ujawniają prawdziwe pokrewieństwo między tymi organizmami.
Tak było w przypadku sinicy odkrytej w górach Pamiru. Badania molekularne ujawniły, że nie można jej zakwalifikować do żadnego znanego wcześniej gatunku cyjanobakterii. Mało tego - okazała się niepodobna nawet do żadnego opisanego rodzaju!
Naukowcy szybko zrozumieli, że odkryli nową grupę organizmów. Niezwykłą sinicę nazwali Hillbrichtia pamiria. Pamiria – od miejsca, w którym ją znaleziono, Hillbrichtia – od nazwiska nieżyjącej już polskiej hydrobiolożki prof. Anny Hillbricht-Ilkowskiej.
Nazwaliśmy ją na cześć mojej mentorki naukowej prof. Hillbricht-Ilkowskiej. Była znanym nie tylko w Polsce, ale i na świecie, ekologiem i hydrobiologiem; przez dwie kadencje pełniła funkcję wiceprezesa Societas Internationalis Limnologiae, najważniejszej na świecie organizacji limnologicznej. Była też opiekunką mojej pracy doktorskiej i moim wielkim autorytetem. Chciałam ją upamiętnić jako wspaniałego naukowca i wspaniałą osobę – podkreśla dr Jasser.
Na razie dość skromnie stwierdziliśmy, że Hillbrichtia to nowy rodzaj. Jednak nawet na wyższym poziomie trudno znaleźć dla niej odpowiednią grupę. Niewykluczone więc, że może być nawet nowym rzędem – podkreśla autorka badania. Aby to stwierdzić, trzeba będzie znaleźć podobne do niej organizmy. Wtedy wszystko się wyjaśni.
Poza H. pamiria w omawianej publikacji opisano jeszcze dwa inne zupełnie nowe gatunki cyjanobakterii i drugi nowy rodzaj. Ten ostatni odnalazł w Grecji zespół prof. Gkelisa.
Jeśli chodzi o Hillbrichtia, to już na pierwszy rzut oka widać było, że to wyjątkowy organizm. Budowała maty mikrobialne, jakich wcześniej nie widzieliśmy; mogła rosnąć w bardzo wysokich temperaturach, ale - co ciekawe - także w dużo niższych. U źródła badanego przez nas strumienia termalnego temperatura dochodziła do 50 st. C, ale już 200 metrów dalej miała zaledwie 28 st. C. A sinica w obu tych miejscach bardzo dobrze sobie radziła. Oznacza to, że ma bardzo duże możliwości przystosowawcze – opowiada naukowczyni.
Jak wyjaśnia, maty mikrobialne (inaczej mikrobiologiczne) to wielowarstwowe arkusze złożone z wielu biofilmów, które się na siebie nakładają. Biofilmy te tworzone są głównie przez cyjanobakterie, choć kolejne warstwy mogą być zdominowane przez różne inne mikroorganizmy.
Podstawą maty są sinice, ponieważ po pierwsze - są one producentami pierwotnymi, czyli fotosyntetyzują, dostarczają węgla organicznego, jako producenci stanowią podstawę sieci troficznej, a po drugie - potrafią tworzyć bardzo duże kolonie o specyficznej strukturze i dużej ilości pozakomórkowego śluzu (związków egzopliweglowodanowych), które stanowią miejsce do życia dla kolejnych organizmów – mówi dr Jasser. Obok sinic zaczynają rozwijać się inne organizmy fotosyntetuzujące: glony eukariotyczne, jak zielenice czy okrzemki, a później także organizmy heterotroficzne: archeony, bakterie beztlenowe. Mogą się też rozwijać autotroficzne bakterie ale tym razem beztlenowe i nie wydzielające tlenu. W efekcie w takiej macie istnieje wiele różnych warstw, a tworzące je organizmy pełnią bardzo różne role.
Maty mikrobialne tworzone m.in. przez sinice uwalniające tlen w procesie fotosyntezy były jednymi z pierwszych zespołów organizmów, które żyły na Ziemi i których ślady możemy oglądać. Istniały one już ok. 3-3,5 miliarda lat temu i przez długi czas były jedynymi i najważniejszymi ekosystemami na naszej planecie. I to początkowo dzięki sinicom powstała ziemska atmosfera. Sinice również – na drodze endosymbiozy – stały składnikiem innych, eukariotycznych fotosyntetyzujących organizmów.
Autorzy publikacji zajęli się także porównaniem cyjanobakterii wyizolowanych z mat przywiezionych z kilku różnych gorących źródeł: tadżyckiej maty dr Jasser, maty zespołu prof. Kokocińskiego (znalezionej koło Uniejowa) oraz dwóch mat grupy prof. Gkelisa: greckiej i islandzkiej.
Zaczęliśmy porównywać właściwości ekofizjologiczne wyizolowanych przez nas sinic; sprawdzaliśmy ich przynależność filogenetyczną. Chcieliśmy też zbadać, czy i jakie geny kodujące biała szoku cieplnego oraz enzymy syntazy polikedytowe (PKS) i pozarybosomalne syntetazy peptydowe (NRPS) są obecne w naszych cyjanobakteriach – opowiada dr Jasser. Wyjaśnia, że biała szoku cieplnego (ang. heat shock proteins, Hsp) oraz enzymy PKS i NRPS to specyficzne związki, których ekspresja nasila się w warunkach stresu, np. bardzo niskiej lub bardzo wysokiej temperaturze, silnego zasolenia, obecności metali ciężkich. To, że badane sinice pochodziły z gorących źródeł, pozwalało naukowcom przypuszczać, że posiadają one takie białka.
Przypuszczenia szybko się potwierdziły. Dodatkowo ustalono, że te sinice, które miały po trzy geny kodujące Hsp – oraz w których obecne były geny kodujące PKS i NRPS, najlepiej radziły sobie w wysokich temperaturach. Co ciekawe, geny kodujące PKS i NRPS należą do grupy genów związanych również z produkcją toksyn. Jest to zgodne z funkcjonującą w środowisku naukowym hipotezą, że geny związane ze szlakami biosyntezy toksyn pozwalają mikroorganizmom przystosowywać się do trudnych środowisk – podkreśla dr Jasser.
W trakcie eksperymentów okazało się, że Hillbrichtia pamiria produkuje jeszcze inną, wyjątkowo ciekawą, substancję. To debromoaplazjatoksyna, substancja, o której wiadomo, że może wywoływać reakcje uczuleniowe, np. silne swędzenie, lub wywoływać efekt, jak po poparzeniu. Dodatkowo badania na myszach ujawniły, że sprzyja ona tworzeniu się guzów nowotworowych i innych zaburzeń prowadzących nawet do śmierci zwierząt.
Jednocześnie ten sam związek – o ile laboratoryjnie pozbawi się go pewnych elementów – wykazuje działanie zupełnie odwrotne: może hamować rozwój komórek rakowych. To niezwykle ciekawy związek, a my potwierdziliśmy, że ta konkretna sinica go produkuje – zaznacza się dr Jasser. Co ciekawe, nie udało się go stwierdzić w warunkach naturalnych, czyli w macie przywiezionej z Pamiru, a dopiero w hodowli laboratoryjnej.
Na pewno, więc warto poddać Hillbrichtia jeszcze bardziej szczegółowym analizom biochemicznym, ale też genetycznym, aby sprawdzić, czy nie wytwarza jeszcze jakichś innych ciekawych związków biologicznie czynnych – dodaje badaczka.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcom z University of Sheffield udało się rozwiązać jedną z zagadek ewolucji galaktyk. Zauważyli oni, że supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrach niektórych galaktyk przyspieszają olbrzymie strumienie wodoru molekularnego wydobywające się z galaktyki. Jako, że wodór jest potrzebny do formowania się gwiazd, zjawisko powyższe ma bezpośredni wpływ na ewolucję galaktyk.
Ucieczka wodoru z galaktyk jest jednym z elementów uwzględnianych w modelach teoretycznych, jednak dotychczas nie było wiadomo, w jaki sposób strumienie gazu są przyspieszane.
Brytyjscy uczeni, wykorzystując Very Large Telescope zauważyli, że w pobliskiej galaktyce IC5063 molekularny wodór jest przyspieszany przez dżety elektronów do około 1 miliona kilometrów na godzinę. Elektrony, poruszające się niemal z prędkością światła, są z kolei napędzane przez czarną dziurę. Przyspieszanie gazu ma miejsce w obszarze, gdzie jest go bardzo dużo.
Odkrycie pozwala nam lepiej zrozumieć, jaka przyszłość czeka Drogę Mleczną. Za około 4 miliardy lat zderzy się ona z Galaktyką Andromedy. Można zatem przypuszczać, że mocno skoncentrowany gaz, który pojawi się w centrum takiego systemu dwóch galaktyk, będzie napędzany przez czarną dziurę i zostanie wyrzucony z galaktyki.
Profesor Clive Tadhunter zauważa, że molekularny wodór stanowi większość z przyspieszanej materii. Tymczasem jest to niezwykle delikatny gaz, który ulega zniszczeniu już przy niskoenergetycznych oddziaływaniach. To niezwykłe, że ten gaz molekularny może przetrwać spotkanie z dżetami elektronów poruszającymi się z prędkością bliską prędkości światła.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.