Przełomowe gotowanie nanocząstkami

[KopalniaWiedzy.pl 357]

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.

[lester 21]

"boilery" w tekście to zwykłe kotły i tak są w przemyśle nazywane, ale do rzeczy.

 

Efektywność nowej technologii, nazwanej roboczo "parą słoneczną, wynosi aż 24%. To dwukrotnie więcej niż efektywność fotowoltaicznych ogniw słonecznych.

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.

 

Twórcy wynalazku sądzą, że w pierwszej kolejności będzie on wykorzystywany nie do pozyskiwania energii elektrycznej, ale oczyszczania wody w krajach rozwijających się

jeśli dobrze myślę, to chodzi o zwykłą destylację wody, a ta w żadnym wypadku nie nadaje się do ciągłego spożywania bez ponownej mineralizacji.

 

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.

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.)

 

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

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?

 

Uczeni przeprowadzili również eksperymenty nad destylacją i stwierdzili, że "para słoneczna" jest 2,5-krotnie bardziej efektywna niż obecnie stosowane kolumny destylacyjne.

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?

 

Nie zmieniamy praw termodynamiki. Po prostu gotujemy wodę w inny sposób - podkreśla uczona.

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 121^oC (1 atm. nadciśnienia) lub w 134^oC (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 6]

"boilery" w tekście to zwykłe kotły i tak są w przemyśle nazywane, ale do rzeczy....

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 314]

i jeszcze jedno chodzi mi o głowie - o jakich ciśnieniach mówimy? standardowe autoklawy pracują w 121^oC (1 atm. nadciśnienia) lub w 134^oC (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.

 

w tekście można znaleźć:

 

Studenci Halas już zaprezentowali autoklaw, który dzięki energii Słońca sterylizuje narzędzia chirurgiczne. Urządzenie przyda się tam, gdzie nie ma dostępu do elektryczności.

 

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 21]

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.