Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Profesor Jerry Woodall z Purdue University opracował sposób na produkcję wodoru z wody i stopu aluminium z galem. Wynalazek może doprowadzić do stworzenia silników, które zamiast benzyny będą zużywały... wodę.

Technika jest na tyle obiecująca, że Purdue University opatentował wynalazek i założył firmę AlGalCo LLC.

Profesor Woodall powyższą technikę odkrył przypadkiem. W laboratorium czyścił tygiel, w którym znajdował się stop galu i aluminium. Gdy dodałem wody, nastąpiła silna reakcja. Atomy aluminium ze stopu weszły w kontakt z wodą, doszło do reakcji, w wyniku której powstał wodór i tlenek glinu – mówi Woodall.

Najważniejszym składnikiem dla zajścia reakcji jest gal. Zapobiega on utworzeniu się na powierzchni aluminium warstwy, która powstaje na początku utleniania się tego metalu i zatrzymuje cały proces. Dzięki galowi aluminium utlenia się do końca.

Oczywiście zostaje jeszcze cały szereg problemów, które należy rozwiązać, zanim na skalę przemysłową będzie można budować silniki zasilane wodą. Technologia jest jednak bardzo obiecująca. Przede wszystkim eliminuje ona konieczność składowania i przewożenia wodoru, potrzebnego do ogniw paliwowych. Każdy samochód sam produkowałoby na swoje potrzeby wodór dla napędzającego go ogniwa.

Podczas reakcji nie tworzą się żadne toksyczne produkty. Woodall twierdzi, że używając 260 funtów aluminium można przejechać 350 mil (563 km). Koszt aluminium wyniósłby przy obecnych cenach około 180 dolarów, podczas gdy tą samą trasę na benzynie można przejechać kosztem (wg amerykańskich cen) około 50 dolarów. Jednak powstający tlenek aluminium może być ponownie użyty do stworzenia paliwowych pastylek z aluminium.

Koszt takiego paliwa wyniósłby, przy założeniu, że zakład recyklingu aluminium korzystałby z energii dostarczonej przez elektrownię atomową, około 62 dolarów. Byłby więc porównywalny z ceną benzyny. W przyszłości ten stosunek będzie jeszcze bardziej korzystny, gdyż ropy naftowej ubywa, a tlenek glinu możnaby poddawać recyklingowi dzięki energii słonecznej. Gal nie jest w ogóle podczas reakcji tracony, więc koszt jego zakupu jest jednorazowy.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie chciałby być jakimś sceptykiem ale już kilka lat temu słyszałem o tym pomyśle (zdaje się w wykonaniu Hondy) były nawet jakieś prototypy... i co? Z tego co wiem skończyło się na samochodach tankowanych gotowym wodorem, tylko że eksploatowanie wodoru to dość problematyczna sprawa.

 

Pomijając kwestie techniczno-naukowe, w kwestii alternatywnych źródeł energii jest strasznie dziwna sytuacja, od 20lat słyszy się o coraz to genialniejszych odkryciach, które przemijają bez echa. Mamy 21 wiek, potrafimy układać napisy z atomów, obserwować galaktyki odległe o miliardy lat świetlnych, manipulować genami, dokonywać odliczeń symulujących życie wirusa na poziomie molekularnym i jakoś ciężko mi uwierzyć w to że nie potrafimy napędzać pojazdu niczym innym niż ropą. Ja już nawet nie mówię o energii z wody czy innej zimnej fuzji ale zwykłych źródłach. Podesłałem kiedyś znajomemu pewną stronę o tym jak napędzać silnik Diesla olejem rzepakowym, chłopak ponad rok jeździ na zużytym  oleju z restauracji. Mało tego silnik nabrał mocy (potwierdzone na hamowni), poziom toksycznych związków spadł do ZERA - dane ze stacji kontroli pojazdów... więc o co w tym wszystkim chodzi?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Hmm... Co do sceptycyzmu, nikt Ci nie zabrania. Też pozostaję sceptykiem, ale każdemu wolno trochę pomarzyć i mieć nadzieję, że coś się ziści. Wiele źródeł energii jest niewykorzystywanych tak jak należy. Jestem zdecydowaną przeciwniczką monopolu paliw kopalnianych i takie nowinki bardzo mnie cieszą. Co do tej Hondy słyszałam pogłoski jakoby amerykańscy potentaci rafinerii doprowadzili do tego, że pierwsze samochody na wodór zostały oddane na złomowisko, chociaż były w pełni sprawne. Powód? Obawiali się znacznego spadku popytu na ropę po wprowadzeniu nowych silników. Jak zwykle sprawdza się powiedzenie: jak nie wiadomo o co chodzi to chodzi o pieniądze  >;) Mam tylko nadzieję, że ten projekt "wypali" i znajdzie się ktoś, kto się tym zaopiekuje, rozwinie i przede wszystkim nie pozwoli, by czyjaś kiesa doprowadziła do katastrofy energetycznej, bo kiedy za pół wieku paliwa kopalniane sie wykończą może być za późno na poszukiwanie nowych rozwiązań.

I z innej strony. Wody na Ziemi coraz mniej, zwłaszcza słodkiej. A tu może jeszcze potrzeba destylowanej. Czy to nie sprawi, że koszty będą jeszcze większe? ???

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jesli chodzi o napedzanie silnika wodorem to najwiekszym problemem bylo skladowanie wodoru. Wodor jest gazem lekkim i potrzebne jest bardzo wysokie cisnienie do jego skroplenia. Co innego gdy wodor jest wytwarzany na miejscu  ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jest wiele rozwiązań i sprawdzonych patentów na auta napędzane wodorem, wodą czy oparami benzyny. Jeżeli ktoś czyta po angielsku to podaję poniżej adresy. Jestem zażenowany poziomem wiedzy dziennikarzy z branży samochodowej, mechaników, a przede wszystkim naukowców, którzy mogliby się posilić na większą otwartość umysłu. Czytając komentarze ludzi w odpowiedzi na umieszczane artykuły o samochodach na wodę czy wodór zauważyłem, jak nie pamiętają już zjawiska elektrolizy z piątej klasy szkoły podstawowej. Przecież elektrolizę można zrobić jedną trzy-woltową bateryjką. To takie proste. Natomiast akumulator 12V wystarczy na tyle wodoru i tlenu, że moc silnika może nawet wzrosnąć o 80%. Dziennikarzom też nie chce się tego tematu poruszać, być może nie chcą się narażać swoim przełożonym, którzy z kolei nie chcą się narażać pazernym rafineriom i całemu przemysłowi samochodowemu, który skutecznie knebluje jednym usta a innych stara się ośmieszać.

Jest obecnie boom w USA na prosty system, który może zainstalować nawet laik. Ten prosty zestaw można już kupić za jedyne 79 dolarów na www.ebay.com wrzucając hasło HHO. Płatność przez PayPal (usługa już w Polsce) i wysyłka kurierem za dodatkowe 20 dolarów. Zestaw przychodzi z instrukcją instalacji. Jeżeli ktoś chce kupić książki z całą teorią, planami, rysunkami i instrukcjami „zrób to sam” to można zakupić też na ebay np. w formie elektronicznej pdf za jedyne 4 do 6 dolarów – wysyłane jest mailem. Zestaw książkowy kosztuje znacznie więcej, w okolicach 100 dolarów.

Trzeba uważać, bo niektórzy handlarze sprzedają tzw. profesjonalny system montażu nawet po 1000 dolarów, a żerują tylko na niewiedzy kupujących. Oczywiście w takim zestawie są dodatkowe akcesoria, które usprawnią działanie urządzenia, ale podstawowy zestaw mieści się już w 79 dolarach.

Odnośnie samego pomysłu auta na wodę, są i tacy, którzy poszli jeszcze dalej, i instalują wcale nie skomplikowany system pozwalający całkowicie odciąć paliwo płynne i przejść na wodę. Wydaje się to niemożliwe? Niedowiarków zapraszam do obejrzenia witryn takich jak http://waterpoweredcar.com/stanmeyer.html , http://carhydrogen.leading-world.com/

Ponadto, witryny o HHO:

www.water4gas.com , www.halfwaterhalfgas.com ,

http://jlnlabs.online.fr/bingofuel/alfvap/index.htm ,

Jeżeli dalej ktoś jest niedowiarkiem, że to niemożliwe, powiem, że są jeszcze ludzie na ziemi, którzy nie wierzą w witaminy, bo ich nie widzieli. Boga też nikt nie widział a kilka miliardów ludzi w Niego wierzy.

Dzięki Bogu jest internet i wolny przepływ informacji. Na tych ciekawych witrynach znajdziecie silnik spalinowy na opary benzyny gdzie benzyna jest podgrzewana do temperatury wrzenia i zamiast mieszanki benzyny z powietrzem, spala opary benzyny z powietrzem. Pierwszy patent zgłosił w Kanadzie w 1930 niejaki Poque. Ponadto jest jeszcze mnóstwo innych, np.:

http://himacresearch.com/

http://www.fuelcat.co.uk/critic3.html

http://www.fireballroberts.com/Fish_Story.htm

http://www.vlbengine.com/

http://www.bourkeengine.net/home.htm

http://rexresearch.com/auto/carbusp.htm

http://waterpoweredcar.com/herman.html

Jest już polska wersja reklamy pod adresem http://www.autonawode.com

Nie piszcie bzdur, że samochód na wodę przeczy pierwszej zasadzie termodynamiki, bo te akademickie formułki śmieszą tysiące użytkowników tych rozwiązań. Zresztą, bardziej zaawansowani fizycy wiedzą, że w tych rozwiązaniach zasada termodynamiki nie obowiązuje.

Ważna jest dyskrecja. Więc, jak już ktoś zainstaluje ten zestaw po wielu perypetiach i przejściach ze znajomymi, rodziną, żoną, bratem, teściową to niech nie chwali się nikomu. Znam na Śląsku właściciela warsztatu, któremu dwukrotnie spalono samochód na wodór a w końcu spalono też i warsztat. Smutni panowie w czerni nie próżnują. Życzę wytrwałości i powodzenia. Jest jeszcze mnóstwo filmów na YouTube www.youtube.com/watch?v=C73MQhphfsA&NR=1

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest tymeknafali
Podesłałem kiedyś znajomemu pewną stronę o tym jak napędzać silnik Diesla olejem rzepakowym, chłopak ponad rok jeździ na zużytym  oleju z restauracji. Mało tego silnik nabrał mocy (potwierdzone na hamowni), poziom toksycznych związków spadł do ZERA - dane ze stacji kontroli pojazdów... więc o co w tym wszystkim chodzi?

Silniki Diesla oczywiście... kolega mi opowiadał (ze dwa lata temu) historię. Mianowicie jego kolega jeździł Dieslem właśnie na olej (czy to roślinny, czy rzepakowy, bez różnicy). Kupował w Tesco czy inny sklepie butlę kilka litrów za kilka złotych. Oszczędzał na tym ogromne sumy, to fakt. Ale przejdźmy do minusów... silnik się brudził co jakiś czas, więc musiał serwisować, ale był mechanikiem, więc on sam z tym problemów nie miał. Po prostu raz na jakiś czas musiał silnik czyścić. Samochód cały czas pachniał... frytkami ;)  i co jak najmniej fajne jak złapała go Policja to dostawał mandat 500 zł. Dlaczego? Że nie wpłaca, tak jak "benzynowcy". Zobacz ile pieniędzy na nich Państwo zarabia. Na nim nie. Powiedz mi ile kosztowałby nieopodatkowany litr benzyny? 2-3 zł? Raczej nie więcej.

A to co napisał Adek... no tak wszystko możesz zobaczyć, przeczytać i MIEĆ!, wystarczy tylko zapłacić. Kolejny SPAMer

Share this post


Link to post
Share on other sites

Co do aut na wodę... Jeśli wytłumaczy mi ktoś, w jaki sposób elektroliza wody, polegająca na rozkładzie na O2 i 2*H2, a następnie spalanie wg reakcji 2*H2 + O2 -> H20, miałyby mieć dodatni bilans energetyczny, byłbym ogromnie wdzięczny ;)

 

Inna sprawa:

Natomiast akumulator 12V wystarczy na tyle wodoru i tlenu, że moc silnika może nawet wzrosnąć o 80%

Jasne, może i tak, tylko pytanie: na jaki czas? ;D

Share this post


Link to post
Share on other sites

Drodzy, nie obrażajcie się, ale jesteście delikatnie mówiąc niedoukami. Po pierwsze, Mikroos, pytasz "na jaki czas". Otóż odpowiadam, że dopuki masz zainstalowany system do elektrolizy w samochodzi, samochód będzie oszczędzał paliwo. Natomiast dodatni bilans energetyczny uzyskuje się ze spalania wodoru, który jest bardzo łatwopalny, a wręcz pali się wybuchowo. Do tego większa ilość tlenu z elektrolizy wody daje nam również lepsze spalanie.

Mogę tylko dodać, że przez te kilka miesięcy od napisania mojego komentarza, zdążyłem zaoszczędzić około 5000 złotych bo zamiast płacić 1000 złotych za benzynę miesięcznie (jeżdżę dość dużo), płacę o połowę mniej. A wy będziecie się nadal zastanawiać a czas płynie i płynie. Pieniążki wylatują Wam bezpowrotnie przez rurę wydechową. Przecież ja nie mam żadnych profitów z reklamowania tych urządzeń bo ich nie sprzedaję. Tylko z czystego serce chciałem Wam doradzić a Wy okazujecie się niewdzięcznikami. Na ebay.com można obecnie już kupić najprostszy zestaw nawet za 30 dolców plus przesyłka około 20. Na co czekacie? Zobaczcie, jak łatwo można zainstalować nawet taki droższy i bardziej skomplikowany zestaw na youtube:

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ale Ty uparcie próbujesz mi wmówić, że zasada zachowania energii nie istnieje!

 

Posłuchaj: jeżeli przeprowadzasz elektrolizę, musisz dostarczyć tyle energii, ile potrzebne jest do zerwania wiązań pomiędzy wodorem i tlenem w wodzie. Z kolei spalając ponownie wodór robisz co? Robisz dokładnie odwrotną reakcję, czyli przeprowadzasz wodór i tlen w wodę. NIEMOŻLIWE jest uzyskanie na tym nadwyżki energii, bo zaprzeczałoby to zasadzie zachowania energii! Na dodatek wspominasz coś o akumulatorze 12V, a nie piszesz nigdzie, skąd ten akumulator ładujesz - bo jeśli robisz to ze zwykłego samochodowego alternatora, to i tak robisz to kosztem energii zawartej w wiązaniach chemicznych składników benzyny - i znów kłania się zasada zachowania energii. Taki układ mógłby mieć jedynie sens jako system odzyskiwania energii z hamowania, ale niczego więcej mi nie wmówisz.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Woda znajdująca się na zimnej powierzchni zanim zamarznie musi się ogrzać. Odkrycie dokonane przez naukowców z Cambridge University i Uniwersytetu Technologicznego w Grazu pozwoli lepiej zrozumieć i kontrolować proces zamarzania.
      Anton Tamtögl i jego zespół przeprowadzili eksperymenty z molekułami wody umieszczonymi na zimnym grafenie i zauważyli, że początkowo odpychają się one od siebie. Dopiero pojawienie się dodatkowej energii pozwala im na zmianę orientacji i utworzenie wiązań elektrostatycznych.
      Gdy woda trafia na zimną powierzchnię, zachodzi proces nukleacji, w wyniku którego molekuły tworzą wiązania i błyskawicznie pojawiają się kryształy lodu. Zjawisko to było intensywnie badane w skali makroskopowej. Jednak trudno je badać na poziomie molekuł, gdyż zamarzanie zachodzi bardzo szybko, w czasie pikosekund.
      Naukowcy z Cambridge wykorzystali nowatorką technikę badawczą zwaną echem spinowym helu-3. Polega ona na rozpraszaniu strumienia spolaryzowanych atomów helu. Atomy docierają do badanych powierzchni w skoordynowanych pakietach, a czas pomiędzy kolejnymi pakietami mierzony jest w pikosekundach. Ruch molekuł na powierzchni powoduje różnice w fazach pakietów. A różnice te można wychwycić i na ich podstawie badać zjawiska zachodzące w czasie pikosekund.
      Badania ujawniły, że początkowo wszystkie molekuły wody przyczepiają się do zimnej powierzchni grafenu w ten sam sposób, z oboma atomami wodoru przy powierzchni i atomem tlenu powyżej. Molekuły wody są dipolami. Od strony tlenu mamy ładunek ujemny, od strony wodoru – dodatni. Tak więc pomiędzy identycznie zorientowanymi molekułami dochodzi do odpychania się, co uniemożliwia nukleację. Naukowcy zauważyli, że zjawisko to może zostać przezwyciężone poprzez ogrzanie molekuł. Dopiero wówczas zmieniają one orientację tak, że zaczynają się przyciągać, co rozpoczyna proces nukleacji.
      Naukowcy, chcąc lepiej zrozumieć to zjawisko, przeprowadzili symulacje komputerowe ukazujące zachowanie molekuł wody przy różnych energiach. Zgodnie z ich oczekiwaniami, symulacje wykazały, że zmieniając ilość ciepła dostarczonego do molekuł, można powstrzymywać lub rozpoczynać proces nukleacji.
      Odkrycie może doprowadzić do opracowania nowych technik ochrony przed formowaniem się lodu na skrzydłach samolotów, turbinach wiatrowych czy sprzęcie telekomunikacyjnym. Pozwoli też lepiej zrozumieć proces formowania się i topnienia lodu w lodowcach, a to z kolei da nam lepsze zrozumienie ziemskiej kriosfery i wpływu ocieplenia klimatu.
      Z wynikami badań można zapoznać się na łamach Nature Communications.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pod koniec obecnej dekady popularność ciężarówek napędzanych wodorem osiągnie punkt zwrotny, uważają szefowie dwóch największych na świecie producentów samochodów ciężarowych. W ciągu najbliższych lat na rynek ma trafiać coraz więcej pojazdów napędzanych wodorem, a pod koniec dekady ich popularność zacznie wyraźnie rosnąć.
      Martin Daum, szef Daimler Truck powiedział, że co prawda jeszcze w ciągu najbliższych 3–4 lat sprzedaż samochodów ciężarowych będzie niemal całkowicie zdominowana przez pojazdy napędzane silnikami Diesla, to w latach 2027–2030 na rynek coraz śmielej będą wchodziły pojazdy napędzane wodorem, a ich sprzedaż będzie szybko rosła. Z kolei Martin Lundstedt, szef Volvo Group, stwierdził, że ciężarówki z alternatywnym napędem będą szybko zyskiwały na popularności po tym, jak w roku 2025 rozpocznie się produkcja ogniw paliwowych. Oba koncerny zawiązały ostatnio joint venture, którego celem jest rozwój napędu wodorowego.
      Volvo zapowiada, że już w roku 2030 połowa ciężarówek tej marki sprzedawana w Europie wędzie napędzana silnikiem elektrycznym lub wodorowymi ogniwami paliwowymi. Natomiast od roku 2040 obie firmy chcą sprzedawać wyłącznie pojazdy z silnikami innymi niż spalinowe.
      Wspomniane powyżej joint venture o nazwie Cellcentric rozpocznie w 2025 roku produkcję wodorowych ogniw paliwowych. Wodór jest postrzegany jako paliwo najbliższej przyszłości dla wielkich ciężarówek pokonujących duże dystanse w Europie, USA i innych częściach świata. Martin Daum, który przewiduje, że w przyszłości połowa samochodów ciężarowych będzie napędzana silnikami elektrycznymi, a połowa wodorowymi, mówi, że jeśli musisz wjechać 40-tonową ciężarówką na wzgórze, to potrzebujesz olbrzymich ilości energii, a zapewnić ją może albo silnik diesla, albo wodór. Ogniwa paliwowe i wodór będą odgrywały olbrzymią rolę, dodaje Lundstedt.
      Obaj menedżerowie podkreślają, że bardzo ważną rolę muszą odegrać rządy poszczególnych państw. Powinny one doprowadzić do powstania odpowiedniej infrastruktury umożliwiającej tankowanie wodorem. Ich zdaniem do roku 2025 w Europie powinno istnieć około 300 punktów tankowania, a do roku 2030 – 1000.
      Obaj menedżerowie zauważają, że przez co najmniej kolejnych 15 lat ciężarówki napędzane akumulatorami i ogniwami wodorowymi będą droższe, niż samochody napędzane silnikami diesla. Daum zauważa, że przeciętny właściciel samochodu ciężarowego wydaje w ciągu jego użytkowania 3–4 razy więcej pieniędzy na paliwo, niż na zakup pojazdu. Zachętą do zakupu ciężarówek z alternatywnym typem napędu powinny być, jego zdaniem, nie dopłaty do samych samochodów, ale odpowiednie opłaty za emisję CO2 nakładane na paliwa kopalne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chemicy z UMK dzięki obserwacji chrząszcza pustynnego, który potrafi jednocześnie zbierać i odpychać wodę, chcą stworzyć takie membrany, które będą coraz lepiej transportować wodę i zatrzymywać sole oraz inne zanieczyszczenia.
      Coraz więcej publikacji naukowych inspiruje się zachowaniami natury. Przykładem powszechnie opisywanym w literaturze jest kwiat lotosu, który sam się oczyszcza. Naukowcy zaczęli zastanawiać się, dlaczego tak się dzieje i oglądać strukturę kwiatu lotosu pod mikroskopami. Doszli do wniosku, że jest silnie hydrofobowa, czyli unika wchłaniania kropel wody, która spływając zbiera pył i kurz. Oznacza to, że siły adhezji, czyli przyczepiania się wody do kwiatu, są bardzo małe, a jednocześnie brud łatwo nanosi się na kroplę wody, co daje efekt samooczyszczania. Dzięki tej obserwacji powstały samoczyszczące się powierzchnie, m.in. farby, dachówki czy tkaniny. Odmienną strukturę mają natomiast płatki róży. Dzięki hydrofobowej powierzchni kropla wody, która spadnie na płatek, przykleja się i nie spada (efekt płatka róży petal effect związany jest z wytworzeniem powierzchni hydrofobowej, ale o dużej adhezji).
      Ciekawym przypadkiem jest również żaba, chodząca po sufitach – tu pojawia się pytanie, dlaczego nie spada z sufitu o chropowatej powierzchni. Naukowcy postanowili sprawdzić, jak jest zbudowana jej łapka i spróbowali ją odtworzyć. Teraz podobne rozwiązanie możemy spotkać na tzw. kopertach samoprzylepnych. Mają one papierowy pasek, chroniący klej. Można go oderwać bez żadnego problemu, natomiast gdy klej trafi na inny rodzaj papieru i zamkniemy kopertę, nie da się jej otworzyć bez rozcinania.
      Natura stworzyła też bardziej złożone przypadki. Przykład? Struktura pancerza chrząszcza pustynnego ma dwoistą naturę. Jest jednocześnie hydrofobowa i hydrofilowa, a więc na pancerzu są obszary chłonące wodę i ją odpychające. Dzięki temu chrząszcze mogą przeżyć w tak trudnym środowisku, jakim jest pustynia - nic nie przylepia im się do pancerzyka, szczególnie wilgotny piasek, natomiast woda zbierana na obszarach hydrofobowych umożliwia im picie i przeżycie. Oglądałam film, jak chrząszcz staje rano na łapkach, gdy jest rosa i wychwytuje z tej mgiełki wodę – mówi dr hab. Joanna Kujawa, prof. UMK z Wydziału Chemii. Dzięki temu, że reszta powierzchni pancerza jest pokryta woskiem, woda spływa, a chrząszcz jest w stanie ją pić i przetrwać w tak trudnych warunkach.
      Naukowcy zaczęli się zastanawiać, jak to rozwiązanie przenieść z natury do laboratorium, bo takie zjawisko jest wykorzystywane w destylacji membranowej. Tam enzymy nanosi się przez absorpcję, czyli przyleganie powierzchniowe, a nie wiązania chemiczne – tłumaczy prof. dr hab. Wojciech Kujawski z Wydziału Chemii UMK. Jeśli jest to absorpcja fizyczna, to łatwo może nastąpić desorpcja, bo tam oddziałują słabe siły.
      Chodziło o to, żeby wzmocnić membrany, które dzięki połączeniom chemicznym są trwalsze, bo one też się z czasem degradują, ale na pewno wolniej niż te powstające tylko przez fizyczne nałożenie drugiej warstwy. Dobrym pomysłem okazało się wykorzystanie chitozanu, którego na świecie jest bardzo dużo. Chityna, którą łatwo można przekształcić w chitozan, występuje naturalnie w pancerzach m.in. krewetek. Pancerzyków owoców morza są hałdy i nie wiadomo co z nimi robić. Toruńscy naukowcy stwierdzili, że nie dość że jest możliwość skopiowania struktury pancerza chrząszcza, to do tematu można podejść kompleksowo i wykorzystać zalegający chitozan zgodnie z zasadami filozofii zero waste. Dzięki niemu woda będzie jeszcze łatwiej spływać, spełni on więc tę rolę, którą spełnia wosk u chrząszcza. Chemicy zdecydowali, by chitozan przyłączyć w miejscu hydrofilowych wysepek.
      To jest wymóg destylacji membranowej, że powierzchnia membrany musi być porowata i  hydrofobowa – wyjaśnia prof. Kujawa. - Można znaleźć wiele przykładów wykorzystania chitozanu w membranach, ale nikt wcześniej nie przyłączał go chemicznie. Dało nam to duże pole do popisu - jeśli przyłączymy chitozan chemicznie, to pozostanie na swoim miejscu. Będziemy mieli stabilne połączenie.
      Naukowcy najpierw modyfikowali chitozan i potem przyczepiali go chemicznie do membrany. Teraz natomiast zdecydowali się najpierw zmodyfikować membranę, a dopiero później dołączyć do niej chitozan. Dzięki temu membrana jest bardziej hydrofilowa, można przepuścić przez nią większy strumień wody. W literaturze nie ma podobnych prac, wiec trudno nam porównywać efekty z innymi – mówi prof. Kujawa. Tam, gdzie fizycznie aplikowano chitozan do zmodyfikowanej membrany, też obserwowano poprawę, ale nie w takim stopniu jak u nas. Dzięki temu możemy dostosowywać materiał do procesu, w którym chcemy go wykorzystywać.
      Membrana powstająca w trakcie modyfikacji fizycznej jest tak naprawdę „na raz”. Później chitozan przeważnie jest wymywany. Z ciekawości zrobiliśmy próbę stabilność modyfikowanych chemicznie membran do odsalania wody, w dziesięciu długich, kilkudniowych cyklach – zdradza prof. Kujawa. Zaobserwowaliśmy delikatne zmiany, ale nie na tyle znaczące, by nagle wszystko nam się rozpadło.
      Toruńscy chemicy testowali też odporność membran na zarastanie. Badania prowadzili na sokach owocowych. Przez oddziaływania pulpy owocowej z membraną resztki owoców zostawały na jej  powierzchni, zatykały pory i nie można było jej dłużej używać. Natomiast na powierzchni, mającej w składzie chitozan o dodatkowych właściwościach bakteriobójczych, występują zupełnie inne oddziaływania, pulpa owocowa nie przywiera, a jeśli już się to zdarzy, można bardzo łatwo ją zmyć strumieniem wody, bez dodatków środków chemicznych. Rozwiązanie naukowców z UMK ma szereg praktycznych zastosowań.
      Chemicy z UMK napisali artykuły na temat tych badań. Pierwszy o przyłączaniu zmodyfikowanego chitozanu do membrany ukazał się w Desalination, drugi o dłączaniu chitozanu do zmodyfikowanej membranie opublikowali w ACS Applied Materials and Interfaces.
      Badania są realizowane we współpracy z partnerem zagranicznym, prof. Samerem Al-Gharabli z Wydziału Farmacji i Inżynierii Chemicznej Niemiecko-Jordańskiego Uniwersytetu w Ammanie (Jordania). W ramach tej współpracy naukowcy prowadzą wspólne badania skupiające się na wytwarzaniu tzw. „smart materials” - inteligentnych materiałów separacyjnych o kontrolowanych właściwościach do szerokiego spektrum zastosowań.
      Dzięki swoim odkryciom chcą zrobić takie membrany, które coraz lepiej będą transportować wodę i jednocześnie zatrzymywać sole i inne zanieczyszczenia. Oczywiście to wszystko jest związane z brakiem wody pitnej na Ziemi – tłumaczy prof. Kujawski. W Polsce też będziemy musieli zmierzyć się z tym problemem i to znacznie szybciej, niż sądzą najwięksi pesymiści. Kilka lat temu byłem na seminarium w Jordanii, gdzie usłyszałem, że na problem braku wody należy patrzeć nie przez pryzmat całego kraju, ale poprzez pryzmat bardzo małej jednostki administracyjnej. Jeżeli się zaczyna dzielić kraj na coraz mniejsze kwadraty, to nagle się okazuje, że procent populacji o ograniczonym dostępie do wody gwałtownie rośnie. W Polsce mamy dostęp do wody wzdłuż rzek, ale gdy 20 lat temu byłem w Zakopanem, słyszałem „oszczędzajcie wodę, bo nasze strumienie wysychają”. Tam studnie się zanieczyszczają, źródeł świeżej wody nie ma, więc problem wysychania i obniżania się wód gruntowych zdecydowanie postępuje.
      Dlatego naukowcy szukają różnych sposobów produkcji wody pitnej. W tej chwili na świecie królują techniki membranowe, wśród których na pierwszy plan wysunęła się odwrócona osmoza. To taki odwrócony proces ciśnieniowy, w którym stosujemy membrany nieporowate i przykładając ciśnienia aż do 60 barów, przepychamy przez nie wodę – wyjaśnia prof. Kujawski. Nazywa się odwróconą osmozą, bo w typowym zjawisku osmozy woda jest zaciągana z roztworu rozcieńczonego do stężonego natomiast tutaj woda jest wypychana z roztworu stężonego przez membranę.
      Obecnie przepisy dotyczące ochrony środowiska wymagają, by producent czystej wody metodą odwróconej osmozy zagospodarował odrzut, czyli zagęszczoną solankę. Kiedyś instalacje stały nad brzegiem morza i od razu była ona wyrzucana z powrotem. Obecnie trzeba szukać innych metod wykorzystania solanki. Można np. jeszcze bardziej ją zagęścić, do takiego poziomu, żeby zaczęła krystalizować i wykorzystać powstałą w ten sposób sól w innych procesach przemysłowych, np. do produkcji chloru lub wodorotlenku sodowego. W okolicach Torunia chlor z solanki produkują dwa duże zakłady: we Włocławku i Inowrocławiu.
      Do przetwarzania solanki można też zastosować odwróconą destylację i to jest przykład naszych prac związanych z chrząszczami – mówi prof. Kujawski.  Stosujemy membrany hydrofobowe, porowate, przenoszące ciecz ze strony zasilającej na stronę odbierającą, a ponieważ sól jako taka jest nielotna, przez membranę przenosimy tylko ten składnik, który można odparować przez pory membrany.
      Chociaż odwrócona osmoza wysunęła się na czoło stosowanych obecnie technik membranowych, nie jest ona bezproblemowa. W trakcie procesu pojawia się ciśnienie osmotyczne, które potrafi być bardzo wysokie, a żeby zastosować odwróconą osmozę, ciśnienia muszą być wyższe od osmotycznego. Oznacza to, że już na starcie należy przyłożyć ciśnienie wyższe niż osmotyczne i to jest koszt, który trzeba włożyć w sam proces. Natomiast w destylacji membranowej wysiłek energetyczny jest zdecydowanie mniejszy, ponieważ cały proces polega na nieco innych właściwościach fizykochemicznych. Destylacja szczególnie sprawdza się w gorących krajach, takich jak Włochy, Hiszpania, Grecja, tam gdzie działają efektywne panele słoneczne.  Mając hotel na uboczu, do którego trzeba dostarczyć świeżą wodę, montuje się panel słoneczny na dachu, który podgrzewa wodę do destylacji membranowej. W efekcie z jednej strony mamy gorącą wodę, która płynie do układu, a z drugiej - chłodną wodę, która jest wykraplana. W ten sposób można tanio produkować wodę pitną, ale w niewielkich ilościach, podczas gdy przy odwróconej osmozie mówimy o milionach litrów dziennie.
      Dodatkowo w krajach mających dostęp do taniej energii elektrycznej można stosować tzw. elektrodializę, czyli wykorzystywać membrany specjalnego typu, ułatwiające transport jonów, a nie wody. W stronę katody przemieszczają się kationy, a w stronę anody - aniony i zostanie woda.
      Jest jeszcze tzw. osmoza naturalna, która też może służyć do oczyszczania ścieków i wyciągania wody. Przelatuje ona przez membranę z roztworu rozcieńczonego w kierunku stężonego. Później trzeba jeszcze z tego stężonego roztworu, który w trakcie procesu się rozcieńcza, odzyskać w jakiś sposób wodę, do czego potrzebna jest dodatkowa metoda.
      Destylacja membranowa jako zjawisko ma około 50 lat. Naukowcy zainteresowali się nią na początku lat 70. ubiegłego wieku, ale dopiero od kilkunastu lat powstają firmy budujące komercyjne instalacje o małej wydajności zaopatrujące w wodę pitną domki czy hotele. W Europie największe stanowisko badawcze nad destylacją membranową znajduje się w hiszpańskiej Almerii. Do napędzania różnych procesów wykorzystywana jest tam energia słoneczna – mówi prof. Kujawski. Hiszpanie mają gigantyczne zwierciadło, które zbiera promienie słoneczne, ono podgrzewa nie tylko wodę, ale też metale, ciepło wykorzystywane jest do ogrzewania, a przy okazji mają też kilka zestawów do destylacji membranowej i po prostu badają efektywność różnych konfiguracji. Miałem okazję kilka lat temu zwiedzić to centrum i muszę przyznać, że robi wrażenie.
      Chemicy zapewniają, że ludzie piją już wodę morską, może jeszcze nie w Polsce, ale np. w Izraelu już tak. Tam do jej produkcji wykorzystywany jest proces odwróconej osmozy, natomiast w hotelach na Malediwach – destylacji membranowej. W Ameryce są plemiona, które nadal prowadzą koczowniczy tryb życia – opowiada prof. Kujawski. Naukowcy jednego z uniwersytetów przystosowali autobus szkolny, ma panele słoneczne na dachu, w środku system do destylacji membranowej i oni jeżdżą i produkują koczownikom wodę m.in. dlatego, że oni przemieszczają się po obszarze, na którym woda jest zatruta pierwiastkami typu arsen.
      Trzeba pamiętać, że woda po destylacji membranowej, to woda destylowana więc tak naprawdę przed spożyciem trzeba ją zmineralizować. Naukowcy mówią żartobliwie: jest goła i trzeba ją ubrać.
      Trudno oszacować, czy produkcja wody pitnej z wody morskiej jest kosztowna. Wszystko zależy od tego, jakie ilości chcemy osiągnąć i z jakiej technologii skorzystać. Kraje leżące w Zatoce Perskiej stosowały metody termiczne, to były jedne z pierwszych metod do produkcji wody pitnej z morskiej, w których woda morska jest wielokrotnie odparowywana i skraplana. Potrzeba do tego dużo ciepła, ale te państwa miały czym grzać, więc grzały. Później, na początku lat 60. ubiegłego wieku wyprodukowano pierwsze membrany i chwile później zaczęto je wykorzystywać do filtracji. Trzeba też pamiętać, że jeżeli brakuje nam wody pitnej, to zapłacimy każdą cenę, żeby ją mieć – podsumowuje prof. Kujawski.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przechłodzona woda to tak naprawdę dwie ciecze w jednej – wykazali naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Wykonali oni szczegółowe badania wody, która zachowuje stan ciekły znacznie poniżej temperatury zamarzania. Okazało się, że w wodzie takiej istnieją dwie różne struktury.
      Odkrycie pozwala wyjaśnić niektóre dziwne właściwości, jakie wykazuje woda w niezwykle niskich temperaturach, jakie panują w przestrzeni kosmicznej czy na krawędziach atmosfery. Dotychczas istniały różne teorie na ten temat, a naukowcy spierali się co do niezwykłych właściwości przechłodzonej wody. Teraz otrzymali pierwsze eksperymentalnie potwierdzone dane odnośnie jej struktury. Nie są to spory czysto akademickie, gdyż zrozumienie wody, która pokrywa 71% powierzchni Ziemi, jest kluczowe dla zrozumienia, w jaki sposób reguluje ono środowisko naturalne, nasze organizmy i jak wpływa na samo życie.
      Wykazaliśmy, że ciekła woda w ekstremalnie niskich temperaturach jest nie tylko dość stabilna, ale istnie też w dwóch stanach strukturalnych. Odkrycie to pozwala na rozstrzygnięcie sporu dotyczącego tego, czy mocno przechłodzona woda zawsze krystalizuje przed osiągnięciem stanu równowagi. Odpowiedź brzmi: nie, mówi Greg Kimmel z PNNL. Dotychczas naukowcy sprzeczali się np. o to, czy woda schłodzona do temperatury -83 stopni Celsjusza rzeczywiście może istnieć w stanie ciekłym i czy jej dziwne właściwości nie wynikają ze zmian zachodzących przed krzepnięciem.
      Woda, pomimo swojej prostej budowy, jest bardzo skomplikowaną cieczą. Na przykład bardzo trudno jest zamrozić wodę w temperaturze nieco poniżej temperatury topnienia. Woda opiera się zamarznięciu. Potrzebuje ośrodka, wokół którego zamarznie, jak np. fragment ciała stałego. Woda rozszerza się podczas zamarzania, co jest zadziwiającym zachowaniem w porównaniu z innymi cieczami. Jenak to dzięki temu na Ziemi może istnieć życie w znanej nam postaci. Gdyby woda kurczyła się zamarzając i opadała na dno lub gdyby para wodna w atmosferze nie zatrzymywała ciepła, powstanie takiego życia jak obecnie byłoby niemożliwe.
      Bruce Kay i Greg Kimmel z PNNL od 25 lat badają niezwykłe właściwości wody. Teraz, przy pomocy Loni Kringle i Wyatta Thornleya dokonali przełomowych badań, które lepiej pozwalają zrozumieć zachowanie molekuł wody.
      Wykazały one, że w mocno przechłodzonej wodzie dochodzi do kondensacji w gęstą podobną do płynu strukturę. Istnieje ona równocześnie z mniej gęstą strukturą, w której wiązania bardziej przypominają te spotykane w wodzie. Proporcja gęstej struktury gwałtownie obniża się wraz ze spadkiem temperatury z -28 do -83 stopni Celsjusza. Naukowcy wykorzystali spektroskopię w podczerwieni do obserwowania molekuł wody i wykonania obrazowania na różnych etapach badań. Kluczowy jest fakt, że wszystkie te zmiany strukturalne były odwracalne i powtarzalne, mówi Kringle.
      Badania pozwalają lepiej zrozumieć zjawisko krupy śnieżnej, która czasem opada na ziemię. Tworzy się ona gdy płatki śniegu stykają się w górnych partiach atmosfery z przechłodzoną wodą. Ciekła woda a górnych partiach atmosfery jest silnie przechłodzona. Gdy dochodzi do jej kontaktu z płatkiem śniegu, gwałtownie zamarza i w odpowiednich warunkach opada na ziemię. To jedyny raz, gdy większość ludzi ma do czynienia z przechłodzoną wodą, mówi Bruce Kay.
      Dzięki pracy amerykańskich uczonych można będzie lepiej zrozumieć, jak ciekła woda może istnieć na bardzo zimnych planetach. Pomoże też w badaniu warkoczy komet, w które w znacznej mierze składają się z przechłodzonej wody.
      Praca Kaya i Kimmela znajdzie też praktyczne zastosowanie. Pomaga ona bowiem lepiej zrozumieć np. zachowanie molekuł wody otaczających proteiny, co pomoże w pracach nad nowymi lekami. Woda otaczająca indywidualne proteiny nie ma zbyt dużo miejsca. Nasze badania mogą pomóc w zrozumieniu, jak woda zachowuje się w tak ciasnych środowiskach, mówi Kringle. Thornley dodaje zaś, że podczas przyszłych badań możemy wykorzystać opracowaną przez nas technikę do śledzenia zmian zachodzących podczas różnych reakcji chemicznych.
      Więcej o badaniach można przeczytać w artykule Reversible structural transformations in supercooled liquid water from 135 to 245 K.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że atomy wodoru w wodorkach metalu są dużo gęściej upakowane niż uważano do tej pory. Właściwość ta może prowadzić do pojawienia się nadprzewodnictwa w temperaturach i ciśnieniach zbliżonych do panujących w warunkach pokojowych. Tego rodzaju materiał nadprzewodzący, służący do przesyłania energii elektrycznej bez strat wywołanych rezystancją, mógłby zrewolucjonizować efektywność energetyczną w szerokim zakresie zastosowań.
      W należącym do Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych Narodowym Laboratorium Oak Ridge (ORNL) naukowcy przeprowadzili eksperymenty rozpraszania neutronów na wodorku cyrkonowo-wanadowym pod ciśnieniem atmosferycznym w zakresie temperatur sięgających od –268 stopni Celsjusza (5 K) do –23 stopni Celsjusza (250 K) – czyli znacznie powyżej temperatury, w której spodziewane jest wystąpienie nadprzewodnictwa przy takim ciśnieniu. Wyniki pomiarów w żaden sposób nie zgadzały się z istniejącymi modelami. Prof. Zbigniew Łodziana z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie, jeden z członków międzynarodowego zespołu badaczy, zaproponował nowy model tego wodorku. Model ten, poddany obliczeniom na jednym z najpotężniejszych superkomputerów na świecie, pozwolił w prosty sposób wyjaśnić obserwacje eksperymentalne. Okazało się, że odległości pomiędzy atomami wodoru w badanym materiale wynoszą 1,6 angstrema, podczas gdy dotychczas ugruntowane przewidywania dla tych związków wyznaczały tę odległość na poziomie co najmniej 2,1 angstrema.
      Odkrycia międzynarodowego zespołu badaczy ze szwajcarskiego Laboratorium Badania Materiałów i Technologii EMPA, Uniwersytetu w Zurychu, Uniwersytetu Illinois w Chicago ORNL oraz Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie opublikowane zostały w prestiżowym czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences.
      Uzyskana struktura atomowa posiada niezwykle obiecujące właściwości, ponieważ wodór znajdujący się w metalach wpływa na ich właściwości elektronowe. Inne materiały o podobnym upakowaniu atomów wodoru przechodzą w stan nadprzewodnictwa, ale tylko przy bardzo wysokich ciśnieniach.
      Na przykład niedawno odkryty dekawodorek lantanu osiąga stan nadprzewodnictwa w temperaturze około –13 stopni Celsjusza, tyle że pod ciśnieniem 150 tysięcy MPa, czyli prawie półtora miliona razy wyższym niż ciśnienie atmosferyczne! Tak wysokie ciśnienie potrzebne jest, by zbliżyć do siebie atomy wodoru na odległość mniejszą niż 2 angstremy. Nam udało się pokazać, że wodór można upakować w taki sposób również pod ciśnieniem atmosferycznym. Co ciekawe – od ponad 40 lat panowało przekonanie, iż nie jest to możliwe, stąd badano materiały pod wysokimi ciśnieniami. Znalezienie substancji, która jest nadprzewodnikiem w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym, najprawdopodobniej pozwoli inżynierom wykorzystać go do projektowania powszechnie stosowanych systemów i urządzeń elektrycznych, jak na przykład tomografów rezonansu magnetycznego. Mamy nadzieję, że tani i stabilny stop w rodzaju wodorku cyrkonowo-wanadowego można będzie łatwo zmodyfikować w taki sposób, aby uzyskać nadprzewodzący materiał – wyjaśnia prof. Zbigniew Łodziana z IFJ PAN.
      Badacze przeanalizowali oddziaływania atomów wodoru w dobrze poznanym wodorku metalu za pomocą wysokiej rozdzielczości wibracyjnej spektroskopii nieelastycznego rozpraszania neutronów wiązki VISION, pochodzącej ze spalacyjnego źródła neutronów laboratorium Oak Ridge w Stanach Zjednoczonych. Uzyskany sygnał widmowy, w tym znaczący wzrost intensywności przy energii około 50 milielektronowoltów, nie zgadzał się z przewidywaniami poczynionymi w ramach istniejących modeli teoretycznych.
      Przełom w zrozumieniu obserwacji nastąpił po wykonaniu obliczeń w Oak Ridge. Zaproponowany przez prof. Łodzianę model posłużył opracowaniu strategii analizy danych. Obliczenia wykonano na superkomputerze Titan, jednym z najszybszych tego typu urządzeń na świecie. Komputer ten zbudowany jest w oparciu o platformę Cray XK7 i działa z prędkością dochodzącą do 27 petaflopów (czyli 27 biliardów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę). Wykonanie takich obliczeń na komputerze domowym trwałoby około dwudziestu lat, a na najszybszym polskim superkomputerze Prometheus w ACK Cyfronet jakieś 3–5 miesięcy. Na maszynie Titan wyniki obliczeń otrzymaliśmy w niespełna tydzień – mówi prof. Łodziana.
      Przeprowadzone symulacje komputerowe, wraz z dodatkowymi eksperymentami wykluczającymi alternatywne wyjaśnienia, wykazały jednoznacznie, że nieoczekiwana sygnatura widmowa występuje tylko wtedy, gdy odległości między atomami wodoru są mniejsze niż 2 angstremy. Takiego zjawiska nigdy wcześniej nie zaobserwowano w wodorkach metalu dla ciśnień i temperatur charakterystycznych dla warunków pokojowych. Odkrycia zespołu stanowią więc pierwszy znany wyjątek od kryterium Switendicka w stopie bimetalicznym – czyli zasady obowiązującej dla stabilnych wodorków w warunkach standardowych, która mówi o tym, że odstęp między atomami wodoru nie może być mniejszy niż 2,1 angstrema.
      W kolejnych doświadczeniach naukowcy planują wzbogacić wodorek cyrkonowo-wanadowy większą ilością wodoru pod różnymi ciśnieniami, aby ocenić potencjalne nadprzewodnictwo badanego materiału.
      Czy zatem znajdujemy się u progu technologicznej rewolucji polegającej na znalezieniu materiału wykazującego właściwości nadprzewodzące w temperaturze pokojowej? Tego nie wiem, ale z pewnością udało nam się poczynić istotny krok w tym kierunku – przekonuje prof. Łodziana.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...